DE102004006989B4 - Halbleitervorrichtung in Druckkontaktbauweise - Google Patents

Halbleitervorrichtung in Druckkontaktbauweise Download PDF

Info

Publication number
DE102004006989B4
DE102004006989B4 DE102004006989A DE102004006989A DE102004006989B4 DE 102004006989 B4 DE102004006989 B4 DE 102004006989B4 DE 102004006989 A DE102004006989 A DE 102004006989A DE 102004006989 A DE102004006989 A DE 102004006989A DE 102004006989 B4 DE102004006989 B4 DE 102004006989B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
gate electrode
gate
pressure contact
semiconductor substrate
semiconductor device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE102004006989A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102004006989A1 (de
Inventor
Kenji Oota
Futoshi Tokunoh
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of DE102004006989A1 publication Critical patent/DE102004006989A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102004006989B4 publication Critical patent/DE102004006989B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/71—Means for bonding not being attached to, or not being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/72—Detachable connecting means consisting of mechanical auxiliary parts connecting the device, e.g. pressure contacts using springs or clips
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3157—Partial encapsulation or coating
    • H01L23/3185—Partial encapsulation or coating the coating covering also the sidewalls of the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/74—Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action
    • H01L29/744—Gate-turn-off devices
    • H01L29/745—Gate-turn-off devices with turn-off by field effect
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/04—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • H01L23/043—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body
    • H01L23/051—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body another lead being formed by a cover plate parallel to the base plate, e.g. sandwich type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01004—Beryllium [Be]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01005—Boron [B]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01006—Carbon [C]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01013—Aluminum [Al]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/0102—Calcium [Ca]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01033—Arsenic [As]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01057—Lanthanum [La]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01068—Erbium [Er]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01079—Gold [Au]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01082—Lead [Pb]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1301—Thyristor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/19—Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/1901—Structure
    • H01L2924/1904—Component type
    • H01L2924/19043—Component type being a resistor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30—Technical effects
    • H01L2924/301—Electrical effects
    • H01L2924/30105—Capacitance

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Thyristors (AREA)

Abstract

Halbleitervorrichtung in Druckkontaktbauweise, die eine Außenumfang-Gatestruktur aufweist, welche eine äußere Kathodenelektrode (3), eine äußere Anodenelektrode (5) und einen externen Gateanschluss (7) aufweist, um zum Zeitpunkt eines Ein/Ausschaltvorgangs von einem elektrischen Strom durchflossen zu werden, wobei die Halbleitervorrichtung umfasst: ein Halbleitersubstrat (1) mit einem Außenumfang-Stufenabschnitt (1'), der in seiner Dicke verringert ist, wobei das Halbleitersubstrat eine Gate-Elektrode (1a, 1a', 1g) und eine Kathodenelektrode (1b) aufweist, die auf einer Oberflächenseite des Substrats gebildet sind, und eine auf einer Rückseite des Substrats gebildete Anodenelektrode (1c); und einen Druckkontaktträgerblock (6), der an einem Innenumfang des externen Gateanschlusses (7) vorgesehen ist und sich auf der Gate-Elektrode (1a, 1a', 1g) befindet; bei der die Gate-Elektrode auf der Oberseite des Außenumfang-Stufenabschnitts (1') des Halbleitersubstrats (1) so gebildet ist, dass sie dem Druckkontaktträgerblock (6) zugewandt ist, bei der an einer vorbestimmten Stelle einer Oberseite der Gate-Elektrode (1a) ein konvexer Kontaktabschnitt (1a', 1g) gebildet ist,...

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Halbleitervorrichtung in Druckkontaktbauweise, wie z. B. einen Gate kommutierten Abschaltthyristor (im Folgenden als ”GCT” bezeichnet), der für Starkstromanwendungen z. B. in einer BTB, SVG und dergleichen angewendet wird, einen Inverter für Industrieanwendungen zum Ansteuern einer Walze für die Eisenherstellung etc., und auf andere Hochspannungsschalter etc. mit großem Schaltvermögen.
  • BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
  • Mit Bezug auf 6 wird nachstehend ein herkömmlicher GCT-Thyristor beschrieben. 6 ist eine Querschnittsansicht, die einen Hauptteil eines GCT-Thyristors mit einer typischen Außenumfang-Gatestruktur zeigt. Mit Bezug auf die Figur sind auf einer Oberseite eines Halbleitersubstrats 1 eine Gate-Elektrode 1a aus Aluminium und eine Kathodenelektrode 1b aus Aluminium gebildet, und auf dessen Rückseite ist eine Anodenelektrode 1c aus Aluminium gebildet. Bezugszahl 1d bezeichnet eine aus Polyimid oder dergleichen hergestellte Isolierschicht, und Bezugszahl 1e bezeichnet ein Isolierteil aus Gummi, das am äußersten Umfang des Halbleitersubstrats 1 gebildet ist.
  • An der Kathodenelektrode 1b ist auf der Oberseite des Halbleitersubstrats 1 eine Kathodenandrückplatte 2 vorgesehen, und eine äußere Kathodenelektrode (siehe 1A und 1B) ist am äußeren, oberen Abschnitt der Kathodenandrückplatte 2 gebildet. An der Anodenelektrode 1c ist eine Anodenandrückplatte 4 vorgesehen, und außerhalb dieser ist unter der Anodenandrückplatte 4 eine äußere Anodenelektrode gebildet. Ein Ring-Gateabschnitt 6 steht mit der Gate-Elektrode 1a in Kontakt und der den Kontakt herstellende, obere Endabschnitt ist eine Ebene mit einer Breite von ca. 0,5 mm. Ein externer Gateanschluss (siehe 1A und 1B) ist elektrisch an den Ring-Gateabschnitt 6 angeschlossen. Der Ring-Gateabschnitt 6 wird zusammen mit dem externen Gateanschluss mittels eines ringförmigen elastischen Körpers in Form einer kegelförmigen Tellerfeder über ein ringförmiges Isolierteil gegen die Gate-Elektrode 1a gedrückt. Ein Isolierteil 10 isoliert den Ring-Gateabschnitt 6 gegenüber der Kathodenandrückplatte 2 und der äußeren Kathodenelektrode. Der auf diese Weise gebildete GCT-Thyristor hat eine dicht gekapselte Konstruktion, deren Inneres mit einem Inertgas ersetzt ist.
  • Als Nächstes wird die Funktionsweise des herkömmlichen GCT-Thyristors beschrieben. Beim Einschalten des GCT-Thyristors fließt ein elektrischer Strom vom externen Gateanschluss zur äußeren Kathodenelektrode. Dabei liegt die Anstiegsneigung des Gatestroms im Allgemeinen bei 1000 A/μs oder darüber, um die Einschalt/Ausbreitungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Beim Ausschalten fließt der Strom von der äußeren Kathodenelektrode zum externen Gateanschluss. Dabei ist es erforderlich, einen Strom mit einem Gradienten von mehreren 1000 A/μs zu Liefern, um den Strom äquivalent zum Hauptstrom am Gate zu kommutieren. Um eine derartig große Strommenge in kurzer Zeit zu liefern, ist es erforderlich, dass der Kontaktwiderstand eines Stromleitpfads vom externen Gateanschluss zur äußeren Kathodenelektrode so weit wie möglich reduziert ist.
  • Darüber hinaus wird der GCT-Thyristor im Allgemeinen eingesetzt, indem zwischen dem Gate und der Kathode eine Sperr-Vorspannung angelegt wird. Ein Spalt zwischen der Kathodenandrückplatte 2 und der auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats gebildeten Gate-Elektrode 1a hat eine Breite von nur einigen 10 μm. Um eine Entladung in diesem Spalt zu verhindern, ist die Isolierschicht 1d (z. B. aus Polyimid) am innersten Umfang und auf der Oberfläche der Gate-Elektrode 1a ausgebildet, um dadurch die Fläche bis zu der Stelle genau unterhalb des Isolierteils 10 zu bedecken (siehe beispielsweise die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung mit der Offenlegungsnummer JP-08-330572 A (1)).
  • Beim herkömmlichen, wie in 6 gezeigten GCT-Thyristor muss der Ring-Gateabschnitt 6 jedoch die Gate-Elektrode 1a berühren, die auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats ausgebildet ist. Dabei muss ein Abschnitt der Gate-Elektrode 1a, der unmittelbar unterhalb des Außenumfangs der Kathodenandrückplatte 2 angeordnet ist, die an den Ring-Gateabschnitt 6 angrenzt, zur Verhinderung einer Entladung mit der Polyimid-Isolierschicht 1d bedeckt sein.
  • Verglichen mit den Aluminiumelektroden und der Polyimid-Isolierschicht, die durch ein Fotogravur-Verfahren hergestellt ist, haben die anderen Herstellungsteile größere Maßtoleranzen. Um darüber hinaus bei der Fertigung ein Spiel für die Positionierung jedes Bauteils zu gewährleisten, schwanken die Positionen der Kathodenandrückplatte 2 und des Ring-Gateabschnitts 6 hinsichtlich des Halbleitersubstrats 1 innerhalb des Bereichs der Toleranzkette, welche die Summe der Maßtoleranzen der jeweiligen Teile darstellt.
  • Außerdem müssen der Ring-Gateabschnitt 6 und der daran angrenzende Außenumfangsabschnitt der Kathodenandrückplatte 2 in einem extrem schmalen Bereich des Außenumfangabschnitts des Halbleitersubstrats gefertigt werden. Von daher war es äußerst schwierig, die Bedingung zu erfüllen, dass ”ein Abschnitt der Gate-Elektrode 1a, der unmittelbar unterhalb des Außenumfangs der Kathodenandrückplatte 2 liegt, zur Verhinderung einer Entladung im Spalt mit der Polyimid-Isolierschicht 1d bedeckt sein muss”, und zwar unter Betrachtung der Aspekte der Verarbeitungsgenauigkeit der Komponenten und der Positionsgenauigkeit bei der Fertigung.
  • Als andere Maßnahme zur Verhinderung der Entladung bei der herkömmlichen Konstruktion gibt es ein Verfahren, um den Spalt selbst zu entfernen, indem der Durchmesser der Kathodenandrückplatte 2 kleiner gemacht wird und man sie bis zu dem Außendurchmesser zurückzieht, der dem der auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats gebildeten Kathodenelektrode 1d gleichkommt. In diesem Fall taucht aber dahingehend ein Problem auf, dass sich dynamische Eigenschaften (beispielsweise ein Widerstand gegenüber Stoßspannung) des GCT-Thyristors verschlechtern.
  • Aus der JP 11 233 755 A ist ein Verfahren zur Erzeugung eines GTO-Thyristors bekannt, wobei die Reduzierung der Dicke der Halbleitervorrichtung durch die Realisierung einer Gate-Elektrode mit einer Mehrlagenstruktur gelöst wird. Im Besonderen wird hierbei eine Titaniumschicht als Zwischenschicht benutzt, um die beiderseitige Diffusion zwischen Aluminium- und Nickelschicht zu vermeiden, da die thermische Diffusion von Aluminium und Nickel in einer Titaniumschicht sehr niedrig ist.
  • Aus der DE 40 11 275 A1 ist ein Halbleiterelement bekannt, bei dem Gate-Elektroden in Kontakt mit mehreren Zonen von auf einer Hauptfläche eines Halbleitersubstrats befindlichen Gate-Elektroden stehen. Hierbei wird eine Zentral-Gatestruktur, eine Zwischenring-Gatestruktur sowie eine Außen-Umfangsring-Gatestruktur als Gate-Elektrode in einem GTO-Thyristor verwendet.
  • Aus der JP 56 130 969 A ist ein Verfahren zur Verbesserung der Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit eines Halbleitergeräts bekannt. Hierbei wird eine vorspringende Gate-Elektrode zur Abdeckung des vorspringenden Abschnitts des Halbleitersubstrats beschrieben. Diese Struktur wird angewendet, um die Höhe der Kathode-Elektrode und der Gate-Elektrode anzugleichen, so dass die Baueinheit, die eine in einer Kathode-Elektrode eingetragene Ring-Gate-Elektrode umfasst, benutzt werden kann.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die zuvor erwähnten Probleme zu lösen. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Halbleitervorrichtung in Druckkontaktbauweise mit einer Konstruktion bereitzustellen, die problemlos bei hoher Genauigkeit eine Entladung in einem Spalt zwischen einer Kathodenandrückplatte und einer Gate-Elektrode zu verhindern in der Lage ist, ohne dynamische Eigenschaften zu verschlechtern.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 7 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen werden in den Unteransprüchen ausgeführt.
  • Um die zuvor erwähnte Aufgabe zu bewerkstelligen, hat gemäß der vorliegenden Erfindung eine Halbleitervorrichtung in Druckkontaktbauweise mit einer Außenumfang-Gatestruktur eine äußere Kathodenelektrode, eine äußere Anodenelektrode und einen externen Gateanschluss zum Leiten eines elektrischen Stroms während eines Ein/Ausschaltvorgangs, und die Halbleitervorrichtung umfasst ein Halbleitersubstrat mit einem Außenumfang-Stufenabschnitt, der in seiner Dicke verringert ist. Das Halbleitersubstrat weist eine Gate-Elektrode und eine Kathodenelektrode auf, die auf einer Oberflächenseite des Substrats ausgebildet sind, und eine Anodenelektrode, die auf einer Rückseite des Substrats ausgebildet ist. Die Halbleitervorrichtung umfasst darüber hinaus einen Druckkontaktträgerblock, der an einem Innenumfang des externen Gateanschlusses vorgesehen ist und sich an der Gate-Elektrode befindet.
  • Bei dieser Konstruktion ist die Gate-Elektrode an der Oberseite des Außenumfang-Stufenabschnitts des Halbleitersubstrats so ausgebildet, dass sie dem Druckkontakt-Trägerblock zugewandt ist, und an einer vorbestimmten Stelle einer Oberseite der Gate-Elektrode ist ein konvexer Kontaktabschnitt ausgebildet, um mit dem Druckkontaktträgerblock in Kontakt zu stehen, und auf einem Oberflächenbereich der Gate-Elektrode ist eine Isolierschicht ausgebildet, die von einem Innenumfang der Gate-Elektrode bis zu einer Stelle angrenzend an den konvexen Kontaktabschnitt reicht.
  • Bei dieser Konfiguration kann ein Abschnitt, an dem ein Ring-Gate mit der Gate-Elektrode aus Aluminium in Kontakt steht, genauer als derjenige der in 6 gezeigten herkömmlichen Konstruktion positioniert werden, so dass der Schichtbildungsbereich der Polyimid-Isolierschicht ausgedehnt werden kann. Demgemäß kann die Konstruktion zur Verhinderung einer Entladung im Spalt zwischen der Kathadenandrückplatte und der auf dem Halbleitersubstrat gebildeten Gate-Elektrode genauer erzielt werden als bei der herkömmlichen Vorrichtung.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Diese und weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich klar aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Zusammenschau mit deren bevorzugten Ausführungsformen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen. Darin zeigen:
  • 1A eine schematische Darstellung, die einen GCT-Thyristor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 1B eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Hauptteil von 1A zeigt;
  • 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Hauptteil eines GCT-Thyristors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 3 eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Hauptteil eines GCT-Thyristors gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 4A eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Hauptteil eines GCT-Thyristors gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 4B eine vergrößerte Querschnittsansicht, die den Hauptteil von dessen Modifikation zeigt;
  • 5A eine schematische Darstellung, die einen GCT-Thyristor gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 5B eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Hauptteil von 5A zeigt; und
  • 6 eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Hauptteil eines herkömmlichen GCT-Thyristors zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In den Beschreibungen finden sich die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung von in den Figuren gezeigten GCT-Thyristoren. Die vorliegenden Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt und ist auch auf andere Halbleitervorrichtungen in Druckkontaktbauweise anwendbar. Es ist festzuhalten, dass für die gemeinsamen Elemente in jeder Figur dieselben Bezugszahlen verwendet werden, und dass der Kürze halber deren Wiederholung unterbleibt.
  • Erste Ausführungsform
  • Nachfolgend wird mit Bezug auf 1A und 1B eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1A ist eine schematische Darstellung, die einen GCT-Thyristor mit einer Außenumfang-Gatestruktur gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 1B ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen als ”Teil A” der in 1A gezeigten Ausführungsform bezeichneten Hauptteil zeigt. In den 1A und 1B bezeichnet Bezugszahl 1 ein Halbleitersubstrat, und ein Abschnitt in unmittelbarer Nähe von dessen Außenumfang ist als dünner Stufenabschnitt 1' ausgebildet, bei dem die Dicke des Halbleitersubstrats um einen vorbestimmten Wert verringert wurde. Auf der Oberfläche des Stufenabschnitts 1' ist eine erste, aus Aluminium hergestellte Gate-Elektrode 1a ausgebildet, und eine zweite Gate-Elektrode 1a' ist an einer vorbestimmten Stelle auf der Oberfläche der ersten Gate-Elektrode 1a konvex ausgebildet. Bezugszahl 1b bezeichnet eine aus Aluminium hergestellte Kathodenelektrode, 1c bezeichnet eine aus Aluminium hergestellte Anodenelektrode, 1d bezeichnete eine aus Polyimid oder dergleichen hergestellte Isolierschicht zur Verhinderung einer Entladung in einem Spalt, und 1e bezeichnet ein Isolierteil aus Gummi, das das am weitesten außen liegende Umfangsende des Halbleitersubstrats 1 umgreift.
  • Auf der Oberseite des Stufenabschnitts in unmittelbarer Nähe des Außenumfangs des Halbleitersubstrats ist die Polyimid-Isolierschicht 1d so ausgebildet, dass sie über einem innen liegenden Oberflächenabschnitt der ersten Gate-Elektrode 1a liegt, einer Kathodenandrückplatte 2 zugewandt. Die Lage der Oberseite der Polyimid-Isolierschicht 1d entspricht der Höhenlage der Oberseite des Halbleitersubstrats 1.
  • Es ist festzuhalten, dass bei dieser Ausführungsform die Schichtstärken der ersten Gate-Elektrode, der Kathodenelektrode, der Anodenelektrode und der Polyimid-Isolierschicht in der Größenordnung von einigen 10 μm liegen. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf diese Schichtstärken beschränkt.
  • Die Kathodenandrückplatte 2 befindet sich auf der Oberfläche der Kathodenelektrode 1b, die auf dem Halbleitersubstrat 1 ausgebildet ist, und außerhalb der Kathodenandrückplatte 2 ist eine äußere Kathodenelektrode 3 gebildet. Auf der Oberfläche der Anodenelektrode 1c befindet sich eine Anodenandrückplatte 4, und außerhalb der Anodenandrückplatte 4 unterhalb des Halbleitersubstrats 1 ist in der Figur eine äußere Anodenelektrode 5 ausgebildet. Ein als Druckkontaktträgerblock dienender Ring-Gateabschnitt 6 ist an der zweiten Gate-Elektrode 1a' so angeordnet, dass er direkt in Kontakt mit der Oberseite der zweiten Gate-Elektrode 1a' steht. Ein externer Gateanschluss 7 ist elektrisch an den Ring-Gateabschnitt 6 angeschlossen, aber nicht fest daran angebracht. Bezugszahl 8 bezeichnet einen ringförmigen elastischen Körper in Form einer kegelförmigen Tellerfeder, die über ein ringförmiges Isolierteil 9 den Ring-Gateabschnitt 6 zusammen mit dem externen Gateanschluss 7 auf die zweite Gate-Elektrode 1a' drückt. So hat die konvexe, zweite Gate-Elektrode 1a' die Funktion, einen Abschnitt des Ring-Gateabschnitts 6 zu positionieren, der mit der Gate-Elektrode aus Aluminium Kontakt herstellt und sich an ihr abstützt.
  • Zwischen der Kathodenandrückplatte 2 und dem Ring-Gateabschnitt 6 ist ein Isolierkörper 10 vorgesehen, um den Ring-Gateabschnitt 6 gegenüber der Kathodenandrückplatte 2 und der äußeren Kathodenelektrode 3 zu isolieren. Die Konstruktion umfasst auch einen ersten Flansch 11, der am Außenumfangsende der äußeren Kathode 3 befestigt ist, einen zweiten Flansch 12, der am Außenumfangsende der äußeren Anodenelektrode 5 befestigt ist, und einen aus Keramik oder dergleichen hergestellten Isolierzylinder 13, der zwischen dem ersten und zweiten Flansch gehalten ist. Der auf diese Weise gebildete GCT-Thyristor hat eine dicht gekapselte Konstruktion, deren Inneres mit einem Inertgas gefüllt ist.
  • In der Konstruktion der ersten Ausführungsform ist auf der Oberfläche der ersten Gate-Elektrode 1a die zweite Gate-Elektrode 1a' durch Anwendung eines Fotogravur-Verfahrens konvex ausgebildet, so dass die ungefähre Mitte der Unterseite der Ringgate-Elektrode 6 genau mit der Oberseite der konvexen, zweiten Gate-Elektrode 1a' in Kontakt steht. Das heißt, dass die erste Gate-Elektrode 1a auf der Oberseite des Außenumfang-Stufenabschnitts 1' des Halbleitersubstrats so ausgebildet ist, dass sie dem als Druckkontaktträgerblock vorgesehenen Ring-Gateabschnitt 6 zugewandt ist. An der vorbestimmten Stelle der Oberseite der ersten Gate-Elektrode 1a ist die zweite Gate-Elektrode 1a' als konvexer Kontaktabschnitt ausgebildet, um dadurch mit der vorbestimmten Stelle des Ring-Gateabschnitts 6 Kontakt zu haben, der als Druckkontaktträgerblock vorgesehen ist. Ein innerer, seitlicher Abschnitt und ein Oberflächenabschnitt der ersten Gate-Elektrode, die vom Innenumfang bis zu der Stelle angrenzend an die zweite Gate-Elektrode 1a' reichen, ist mit der Polyimid-Isolierschicht 1d bedeckt.
  • Verglichen mit der Positionierung der herkömmlichen, in 6 gezeigten Konfiguration lässt sich mit dieser Konfiguration bei der vorliegenden Ausführungsform eine genauere Positionierung des Abschnitts bewerkstelligen, an dem der Ring-Gateabschnitt 6 mit der Gate-Elektrode aus Aluminium in Kontakt steht. Entsprechend der Auswirkung, bei der die Positionierung genauer ausgeführt werden kann als bei der herkömmlichen Konfiguration kann man den Schichtbildungsbereich der auf der Oberfläche der ersten Gate-Elektrode 1a ausgebildeten Polyimid-Isolierschicht 1d von der Stelle unmittelbar unterhalb des Isolierkörpers 10 bis zu der Stelle angrenzend an die zweite Gate-Elektrode 1a' ausdehnen.
  • Demzufolge wird es möglich, die Bedingung zu erfüllen, dass ”die unmittelbar unterhalb des Außenumfangs der Kathodenandrückplatte 2 angeordnete Gate-Elektrode 1a mit dem Polyimid 1d bedeckt sein muss”, um eine Entladung in dem Spalt zwischen der Kathodenandrückplatte 2 und der auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats gebildeten Gate-Elektrode 1a zu verhindern. Außerdem wird es möglich, die Positionierung der Kathodenandrückplatte 2 und des Ring-Gateabschnitts 6 in Bezug auf das Halbleitersubstrat 1 genauer zu bewerkstelligen als bei der herkömmlichen Konstruktion.
  • Vorzugsweise in dem Fall, dass die zweite Gate-Elektrode 1a' durch Verdampfen eines Metalls wie Nickel (Ni) gebildet ist, welches wenig oxidativ ist, kann man während des Herstellungsprozesses eine Oxidation unterdrücken, um dadurch den Kontaktwiderstand gegen den Ring-Gateabschnitt 6 zu reduzieren. Wenn außerdem die zweite Gate-Elektrode 1a' aus einem metallischen Material wie z. B. Gold (Au) hergestellt ist, das weniger oxidativ als Nickel (Ni) ist, kann die Oxidation während des Herstellungsprozesses noch weiter unterdrückt werden. Da Gold (Au) und Aluminium (Al) nicht leicht aneinander anhaften, kann die zweite Gate-Elektrode 1a' auf der ersten Gate-Elektrode 1a ausgebildet sein, um eine Mehrschichtstruktur mit Nickel (Ni) und Gold (Au) zu erhalten, die in dieser Reihenfolge schichtweise miteinander verbunden sind. Mit dieser Konstruktion lässt sich eine Oxidation der zweiten Gate-Elektrode 1a' während des Herstellungsprozesses weiter unterdrücken, und das Anhaftungsvermögen der zweiten Gate-Elektrode 1a' an der ersten Gate-Elektrode 1a ist verbessert, so dass der Kontaktwiderstand zwischen der zweiten Gate-Elektrode 1a' und dem Ring-Gateabschnitt 6 weiter reduziert werden kann.
  • Zweite Ausführungsform
  • Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 2 beschrieben. 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen als ”Teil A” des GCT-Thyristors bezeichneten Hauptteil zeigt, mit einer Außenumfang-Gatestruktur, die der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht. Bei der in 2 gezeigten zweiten Ausführungsform ist die zweite Gate-Elektrode 1a' an der Oberfläche des dünnen Stufenabschnitts 1' des Halbleitersubstrats 1 angeordnet, und die erste Gate-Elektrode 1a ist auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 so ausgebildet, dass sie über der zweiten Gate-Elektrode 1a' liegt. Bei dieser Konfiguration ist ein Teil der ersten Gate-Elektrode 1a, die über der zweiten Gate-Elektrode 1a' liegt, konvex ausgebildet.
  • Genauer gesagt ist die zweite Gate-Elektrode 1a' am Außenumfang-Stufenabschnitt 1' des Halbleitersubstrats 1 so ausgebildet, dass sie dem Druckkontaktträgerblock 6 zugewandt ist, und die erste Gate-Elektrode 1a ist so ausgebildet, dass sie zur Gänze über der zweiten Gate-Elektrode 1a' liegt. Die erste Gate-Elektrode 1a hat einen konvexen Abschnitt 1g, der einstückig davon vorsteht, so dass sich die Oberseite des konvexen Abschnitts 1g an der Unterseite des Druckkontaktträgerblocks 6 abstützt.
  • Bei dieser Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform wird es möglich, verglichen mit derjenigen der herkömmlichen, in 6 gezeigten Konfiguration, den Kontaktabschnitt des Ring-Gateabschnitts 6 zur Anlage an der Gate-Elektrode aus Aluminium genauer zu positionieren. Dementsprechend kann der Schichtbildungsbereich der Polyimid-Isolierschicht 1d, die auf der Oberfläche der ersten Gate-Elektrode 1a ausgebildet ist, nach außen bis zu der Stelle angrenzend an den konvexen Abschnitt der ersten Gate-Elektrode 1a gezogen werden.
  • So lässt sich durch Ausbildung eines konvexen, einstückig von der ersten Gate-Elektrode vorstehenden Abschnitts dieselbe Wirkung wie in der ersten Ausführungsform erzielen, und zwar bei der Verhinderung einer Entladung in dem Spalt zwischen der Kathodenandrückplatte 2 und der auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats ausgebildeten Gate-Elektrode 1a. Außerdem präsentiert sich in der ersten Ausführungsform die zweite Gate-Elektrode 1a' der Oberfläche der Gate-Elektrode als feiner Vorsprung. Dagegen ist bei der zweiten Ausführungsform die zweite Gate-Elektrode 1a' von der ersten Gate-Elektrode 1a bedeckt und durch sie geschützt. Deshalb lassen sich bei dieser Konfiguration Beschädigungen reduzieren, die durch die mechanische Belastung zum Zeitpunkt des Druckkontakts durch den Ring-Gateabschnitt 6 verursacht sind, was die Zuverlässigkeit des GCT-Thyristors verbessert.
  • Dritte Ausführungsform
  • Nachfolgend wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 3 beschrieben. 3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen als ”Teil A” des GCT-Thyristors bezeichneten Hauptteil mit einer Außenumfang-Gatestruktur gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei der in 3 gezeigten dritten Ausführungsform ist ein Abschnitt der Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 chemisch geätzt, um einen Vorsprung 1f zu bilden, und anschließend wird die erste Gate-Elektrode 1a so gebildet, dass sie vollständig über dem Vorsprung 1f liegt. Die anderen Teile der Konstruktion sind dieselben wie diejenigen der zweiten Ausführungsform. Bei dieser Herstellung wird der Vorsprung 1f gebildet, indem man das Ätzen wenigstens zweimal ausführt.
  • Beim ersten Ätzprozess wird, um die Höhe des Vorsprungs 1f auf eine vorgeschriebene Höhe auszurichten, ein Bereich des Halbleitersubstrats 1 zur Bildung der darauf befindlichen ersten Gate-Elektrode 1a von der Oberfläche weggeätzt. Als Nächstes wird eine Schutzschicht (nicht gezeigt) zur Bewahrung eines ungeätzten Abschnitts an einer Stelle der Oberfläche des geätzten Substrats gebildet, die als die Oberseite des Vorsprungs 1f stehen bleiben soll. Unter der Bedingung, dass der Schutzfilm gebildet ist, wird das zweite Ätzen so durchgeführt, dass der ungeätzte Abschnitt als Vorsprung 1f übrig bleibt, der auf dem entsprechenden Abschnitt der Oberfläche des Stufenabschnitts 1' gebildet ist, welcher durch Ätzen des Außenumfangsabschnitts des Halbleitersubstrats 1 gebildet wurde. Anschließend wird die erste Gate-Elektrode 1a auf der Oberfläche des Stufenabschnitts 1' des Halbleitersubstrats 1 so gebildet, dass sie über dem Vorsprung 1f liegt.
  • Genauer gesagt enthält die erste Gate-Elektrode 1a den Vorsprung 1f, der einstückig mit dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist und am Außenumfang-Stufenabschnitt 1' des Halbleitersubstrats 1 vorsteht. Bei dieser Konfiguration ist ein konvexer Abschnitt 1g einstückig mit der ersten, über dem Vorsprung 1f liegenden Gate-Elektrode 1a ausgebildet, so dass die Oberseite des konvexen Abschnitts 1g sich an der Unterseite des Ring-Gateabschnitts 6 abstützt.
  • Bei dieser Konfiguration wird es möglich, den Kontaktabschnitt des Ring-Gateabschnitts 6 zur Kontaktierung der Gate-Elektrode aus Aluminium genauer zu positionieren, verglichen mit der Positionierung der herkömmlichen in 6 gezeigten Konfiguration. Demzufolge lässt sich der Schichtbildungsbereich der auf der Oberfläche der ersten Gate-Elektrode 1a gebildeten Polyimid-Isolierschicht 1d nach außen bis zu der Stelle angrenzend an dem konvexen Abschnitt 1g der ersten Gate-Elektrode 1a ausdehnen.
  • Somit lässt sich bei der Verhinderung einer Entladung im Spalt zwischen der Kathodenandrückplate 2 und der ersten Gate-Elektrode 1a durch Bilden eines Abschnitts des Halbleitersubstrats 1 als Vorsprung 1f und durch Bildung eines über dem Vorsprung 1f liegenden Abschnitts der ersten Gate-Elektrode 1a als konvexer Abschnitt 1g derselbe Effekt erzielen wie der in der ersten und zweiten Ausführungsform. Außerdem wird bei der ersten und zweiten Ausführungsform die zweite Gate-Elektrode 1a' durch Dampfabscheidung eines Metalls wie Aluminium (Al) als konvexer Abschnitt gebildet. Wenn jedoch das Anhaften der Elektroden nicht gut gelingt, besteht die Möglichkeit, dass sich die zweite Gate-Elektrode vom Halbleitersubstrat ablöst.
  • Anstelle der Verwendung der zweiten Gate-Elektrode 1a' wird bei der dritten Ausführungsform der Vorsprung 1f einstückig mit dem Halbleitersubstrat 1 gebildet, indem man wie oben beschrieben das Substrat teilweise ätzt. Demzufolge ist bei der dritten Ausführungsform das Problem des Ablösens der Gate-Elektrode sicher vermieden, um dadurch die Zuverlässigkeit des GCT-Thyristors noch mehr wie in der zweiten Ausführungsform zu verbessern.
  • Vierte Ausführungsform
  • Nachfolgend wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 4A und 4B beschrieben. 4A ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Hauptteil (als ”Teil A” bezeichnet) des GCT-Thyristors zeigt, der eine Außenumfang-Gatestruktur gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat, und 4B ist eine Ansicht, die eine Abwandlung davon zeigt. Bei der in 4A gezeigten vierten Ausführungsform ist das Halbleitersubstrat 1 chemisch so geätzt, um wie in der dritten Ausführungsform den Vorsprung 1f zu bilden, und die zweite Gate Elektrode 1a' ist auf der Oberfläche des Vorsprungs 1f angeordnet, und die erste Gate-Elektrode 1a ist auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 so gebildet, dass sie über dem Vorsprung 1f und der zweiten Gate-Elektrode 1a' liegt.
  • Auf diese Weise wird die zweite Gate-Elektrode 1a' gebildet, nachdem der Vorsprung 1f gebildet wurde, und dann wird die erste Gate-Elektrode 1a gebildet, um sie zu schützen. Bei dieser Konfiguration hat die erste Gate-Elektrode 1a einen teilweise konvexen Abschnitt 1g, dessen Oberseite mit der Unterseite des Ring-Gateabschnitts 6 in Kontakt steht. Das heißt, dass die erste Gate-Elektrode den Vorsprung 1f enthält, der einstückig an dem Außenumfang-Stufenabschnitt 1' des Halbleitersubstrats ausgebildet ist, und der konvexe Abschnitt 1g der ersten Gate-Elektrode 1a so gebildet ist, dass er den Vorsprung 1f bedeckt.
  • Verglichen mit der herkömmlichen in 6 gezeigten Konfiguration wird es mit dieser Konfiguration möglich, den Kontaktabschnitt des Ring-Gateabschnitts 6 zur Kontaktierung der Gate-Elektrode aus Aluminium genauer zu positionieren. Gemäß der Verbesserung der Positioniergenauigkeit kann der Schichtbildungsbereich der auf der Oberfläche der ersten Gate-Elektrode 1a gebildeten Polyimid-Isolierschicht 1d nach außen bis zu der Stelle angrenzend an den konvexen Abschnitt 1g der ersten Gate-Elektrode gezogen werden.
  • Bei der Konfiguration wirkt, da die zweite, auf der Oberfläche des Vorsprungs 1f des Halbleitersubstrats 1 angeordnete Gate-Elektrode 1a' von der ersten Gate-Elektrode 1a bedeckt und durch diese geschützt ist, selbst wenn der konvexe Abschnitt 1g der ersten Gate-Elektrode 1a, der mit dem unteren Ende des Ring-Gateabschnitts 6 in Kontakt steht, einen durch Reibung mit dem Ring-Gateabschnitt 6 verursachten Schaden wie z. B. Bruch erleidet, die zweite Gate-Elektrode 1a' als Schutzelement, so dass dadurch die Zuverlässigkeit des GCT-Thyristors noch mehr als in der dritten Ausführungsform verbessert ist.
  • Darüber hinaus ist es vorzuziehen, dass der durch Ätzen gebildete Vorsprung 1f des Halbleitersubstrats 1 eine sich verjüngende Form hat, also im Querschnitt trapezförmig ist. Dies liegt darin begründet, dass der Vorsprung 1f ein feiner Vorsprung ist und nach seiner Bildung bei Beaufschlagung mit irgendeiner mechanischen Beanspruchung oder dergleichen abgespant werden oder zerbrechen kann. Indem man den Vorsprung 1f verjüngt mit einer im Querschnitt trapezförmigen Gestalt ausbildet, lässt sich der Fuß des Vorsprungs 1f größer machen, so dass ein Bruch wirksam verhindert werden kann.
  • Hier wäre festzuhalten, dass bei der vorliegenden Ausführungsform die Reihenfolge der Bildung der ersten und zweiten Gate-Elektrode 1a und 1a' vertauscht werden kann. Bei der in 4B gezeigten Abwandlung wird zuerst der Vorsprung 1f durch Ätzen der Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 gebildet. Dann wird die erste Gate-Elektrode 1a so gebildet, dass sie wie in der dritten Ausführungsform über dem Vorsprung 1f liegt. Anschließend wird auf der Oberseite des konvexen Abschnitts der ersten Gate-Elektrode 1a über der Stelle der Bildung des Vorsprungs 1f die zweite Gate-Elektrode 1a' gebildet. So kann die Gestaltung dahingehend erfolgen, dass die Oberseite der zweiten Gate-Elektrode 1a' mit der unteren Endfläche des Ring-Gateabschnitts 6 in derselben Weise wie in der ersten Ausführungsform in Kontakt steht. Das heißt, dass die erste Gate-Elektrode 1a, die den mit dem Halbleitersubstrat einstückigen Vorsprung 1f enthält, auf dessen Außenumfang-Stufenabschnitt gebildet wird, und die zweite Gate-Elektrode 1a' wird als der den Boden des Ring-Gateabschnitts 6 kontaktierende konvexe Kontaktabschnitt 1g gebildet.
  • Bei dieser Konfiguration kann die zweite, als feiner konvexer Abschnitt gebildete Gate-Elektrode 1a' wegen des direkten Kontakts mit der Unterseite des Ring-Gateabschnitts 6 einem Bruch und Abrieb unterworfen sein. Selbst wenn jedoch die zweite Gate-Elektrode 1a' bricht, fungiert die erste Gate-Elektrode 1a als Schutzelement, so dass die Zuverlässigkeit des GCT-Thyristors noch weiter verbessert ist als in der dritten Ausführungsform.
  • Fünfte Ausführungsform
  • Nachfolgend wird eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 5A und 5B beschrieben. 5A ist eine schematische Darstellung, die einen GCT-Thyristor gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Konstruktion mit zentrisch angeordnetem Gate zeigt, und 5B ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen in 5A als ”Teil A” bezeichneten Hauptteil zeigt.
  • Anders als bei der ersten bis vierten Ausführungsform, die jeweils eine Außengatestruktur aufweisen, bei der der Ring-Gateabschnitt 6 am Außenumfang des Halbleitersubstrats 1 vorgesehen ist, ist bei der wie in den 5A und 5B gezeigten fünften Ausführungsform der Ring-Gateabschnitt 6 an einem Zentralteil des Halbleitersubstrats 1 vorgesehen, was in der Beschreibung als ”Konstruktion mit zentrischem Gate” bezeichnet wird.
  • Genauer gesagt wird bei der fünften Ausführungsform im Zentralteil der Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 durch Ätzen ein ausgesparter Stufenabschnitt 1h gebildet. Dann wird am ausgesparten Stufenabschnitt 1h die erste Gate-Elektrode 1a angeordnet, und die zweite Gate-Elektrode 1a' wird an einem Zentralteil der Oberseite der ersten Gate-Elektrode 1a angeordnet, so dass die als konvexer Kontaktabschnitt dienende zweite Gate Elektrode 1a' mit dem Zentralteil der Unterseite des Ring-Gateabschnitts 6 in Kontakt steht.
  • Das heißt, dass bei der fünften Ausführungsform der als Druckkontaktträgerblock 6 dienende Ring-Gateabschnitt 6 am konvexen Kontaktabschnitt 1a' vorgesehen ist, der im Zentralteil des Halbleitersubstrats 1 zwischen zwei Isolierkörpern 10 am Innenumfang des äußeren Gateanschlusses 7 angeordnet ist. Die erste Gate-Elektrode 1a ist so im ausgesparten, am Zentralteil des Halbleitersubstrats gebildeten Stufenabschnitt 1h angeordnet, dass sie dem Druckkontaktträgerblock 6 zugewandt ist. Am Zentralteil der Oberseite der ersten Gate-Elektrode 1a ist die zweite Gate-Elektrode 1a' als konvexer Kontaktabschnitt 1g ausgebildet, der mit dem Boden des Ring-Gateabschnitts 6 in Kontakt steht.
  • An dieser Stelle ist anzumerken, dass anstatt der Bildung der zweiten Gate-Elektrode 1a' der konvexe Kontaktabschnitt 1g aus einem konvexen Abschnitt bestehen kann, der wie in den 2, 3 und 4A gezeigt einstückig mit der ersten Gate-Elektrode 1a sein kann, so dass der konvexe Abschnitt der ersten Gate-Elektrode 1a mit dem Druckkontaktträgerblock 6 in Kontakt steht.
  • Unter Rückbezug auf 5B ist die Oberseite der ersten Gate-Elektrode mit Ausnahme des Bereichs, wo der konvexe Kontaktabschnitt 1a' (oder 1g) gebildet ist, mit der Polyimid-Isolierschicht 1d bedeckt.
  • Bei diesem Beispiel ist die Oberseite der ersten Gate-Elektrode im Gegensatz zur zweiten Gate-Elektrode 1a' mit der Polyimid-Isolierschicht 1d bedeckt, und der Schichtbildungsbereich der Polyimid-Isolierschicht 1d wird bis zu der Position angrenzend an die konvexe, zweite Gate-Elektrode 1a' ausgedehnt. Auf diese Weise ist es selbst bei der Konstruktion mit zentrischem Gate, bei der der Ring-Gateabschnitt 6 am Zentralteil des Halbleitersubstrats 1 vorgesehen ist, möglich, dieselben Wirkungen wie die der ersten bis dritten Ausführungsform zu erzielen.
  • Beispielsweise ist im GCT-Thyristor gemäß der in den 5A und 5B gezeigten fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Außenumfang-Gatestruktur des GCT-Thyristors der in den 1A und 1B gezeigten ersten Ausführungsform zur Konstruktion mit zentrischem Gate umgewandelt. In entsprechender Weise können die Außenumfang-Gatestrukturen der GCT-Thyristoren gemäß der in den 2 bis 4A und 4B gezeigten zweiten bis vierten Ausführungsform zur Konstruktion mit zentrischem Gate umgewandelt werden. Des weiteren ist festzuhalten, dass die Außenumfang-Gatestrukturen der GCT-Thyristoren gemäß der ersten bis vierten Ausführungsform oder die Konstruktion mit zentrischem Gate gemäß der fünften Ausführungsform zu einer Konstruktion mit mittigem Gate umgewandelt werden können, bei der der Ring-Gateabschnitt 5 an einem Mittelteil des Halbleitersubstrats 1 angeordnet ist.
  • Wie vorausgehend beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht, einen Kontaktabschnitt des Ring-Gateabschnitts zur Kontaktierung der Gate-Elektrode aus Aluminium genauer zu positionieren als bei der herkömmlichen Vorrichtung. Gemäß der Verbesserung in der Positioniergenauigkeit kann der Schichtbildungsbereich der Polyimid-Isolierschicht ausgeweitet werden. Daher kann mit der vorliegenden Erfindung leichter und genauer als bei der herkömmlichen Vorrichtung die Bedingung erfüllt werden, dass ”die unmittelbar unterhalb des Außenumfangs der Kathodenandrückplatte 2 angeordnete Gate-Elektrode 1a mit der Polyimid-Isolierschicht 1d zur Verhinderung der Entladung im Spalt beschichtet sein muss”, wodurch die Zuverlässigkeit des GCT-Thyristors verbessert ist.

Claims (15)

  1. Halbleitervorrichtung in Druckkontaktbauweise, die eine Außenumfang-Gatestruktur aufweist, welche eine äußere Kathodenelektrode (3), eine äußere Anodenelektrode (5) und einen externen Gateanschluss (7) aufweist, um zum Zeitpunkt eines Ein/Ausschaltvorgangs von einem elektrischen Strom durchflossen zu werden, wobei die Halbleitervorrichtung umfasst: ein Halbleitersubstrat (1) mit einem Außenumfang-Stufenabschnitt (1'), der in seiner Dicke verringert ist, wobei das Halbleitersubstrat eine Gate-Elektrode (1a, 1a', 1g) und eine Kathodenelektrode (1b) aufweist, die auf einer Oberflächenseite des Substrats gebildet sind, und eine auf einer Rückseite des Substrats gebildete Anodenelektrode (1c); und einen Druckkontaktträgerblock (6), der an einem Innenumfang des externen Gateanschlusses (7) vorgesehen ist und sich auf der Gate-Elektrode (1a, 1a', 1g) befindet; bei der die Gate-Elektrode auf der Oberseite des Außenumfang-Stufenabschnitts (1') des Halbleitersubstrats (1) so gebildet ist, dass sie dem Druckkontaktträgerblock (6) zugewandt ist, bei der an einer vorbestimmten Stelle einer Oberseite der Gate-Elektrode (1a) ein konvexer Kontaktabschnitt (1a', 1g) gebildet ist, um mit dem Druckkontaktträgerblock (6) in Kontakt zu stehen, und bei der eine Isolierschicht (1d) auf einem Oberflächenbereich der Gate-Elektrode ausgebildet ist, die von einem Innenumfang der Gate-Elektrode bis zu einer Stelle angrenzend an den konvexen Kontaktabschnitt (1a', 1g) reicht.
  2. Halbleitervorrichtung in Druckkontaktbauweise nach Anspruch 1, bei der die Gate-Elektrode aus einer ersten Gate-Elektrode (1a) und einer zweiten Gate-Elektrode (1a') besteht, die erste Gate-Elektrode auf dem Außenumfang-Stufenabschnitt (1') des Halbleitersubstrats so ausgebildet ist, dass sie dem Druckkontaktträgerblock (6) zugewandt ist, die zweite Gate-Elektrode (1a') als konvexer Kontaktabschnitt (1a') ausgebildet ist, der mit dem Druckkontaktträgerblock (6) in Kontakt steht.
  3. Halbleitervorrichtung in Druckkontaktbauweise nach Anspruch 1, bei der der auf der Oberfläche der Gate-Elektrode vorgesehene konvexe Kontaktabschnitt (1g) einstückig mit der Gate-Elektrode (1a) ausgebildet ist.
  4. Halbleitervorrichtung in Druckkontaktbauweise nach Anspruch 1, bei der die Gate-Elektrode aus einer ersten Gate-Elektrode (1a) und einer zweiten Gate-Elektrode (1a') besteht, die zweite Gate-Elektrode (1a') an der Oberfläche des Außenumfang-Stufenabschnitts (1') des Halbleitersubstrats (1) so ausgebildet ist, dass sie dem Druckkontaktträgerblock (6) zugewandt ist, und die erste Gate-Elektrode (1a) so ausgebildet ist, dass sie über der zweiten Gate-Elektrode (1a') liegt, und der konvexe Kontaktabschnitt (1g), der mit dem Druckkontaktträgerblock (6) in Kontakt steht, einstückig mit der ersten Gate-Elektrode ausgebildet ist.
  5. Halbleitervorrichtung in Druckkontaktbauweise nach Anspruch 3, bei der die Gate-Elektrode (1a) einen Vorsprung (1f) überdeckt, der einstückig vom Oberflächenabschnitt des Außenumfang-Stufenabschnitts (1') des Halbleitersubstrats (1) vorsteht, und der konvexe, einstückig mit der Gate-Elektrode (1a) ausgebildete Kontaktabschnitt (1g) so gebildet ist, dass er über dem Vorsprung (1f) liegt.
  6. Halbleitervorrichtung in Druckkontaktbauweise nach Anspruch 1, bei der die Gate-Elektrode aus einer ersten Gate-Elektrode (1a) und einer zweiten Gate-Elektrode (1a') besteht, die erste Gate-Elektrode (1a) über einem Vorsprung (1f) liegt, der einstückig vom Oberflächenabschnitt des Außenumfang-Stufenabschnitts (1') des Halbleitersubstrats (1) vorsteht, und die zweite Gate-Elektrode (1a') auf der ersten Gate-Elektrode (1a) ausgebildet ist, um als konvexer Kontaktabschnitt zu dienen.
  7. Halbleitervorrichtung in Druckkontaktbauweise mit einer Struktur mit zentrischem Gate, die eine äußere Kathodenelektrode (3), eine äußere Anodenelektrode (5) und einen externen Gateanschluss (7) umfasst, um zum Zeitpunkt eines Ein/Ausschaltvorgangs von einem elektrischen Strom durchflossen zu werden, wobei die Halbleitervorrichtung umfasst: ein Halbleitersubstrat (1) mit einem zentrischen, ausgesparten Stufenabschnitt (1h), der in seiner Dicke verringert ist, an dessen Mittenabschnitt, wobei das Halbleitersubstrat eine Gate-Elektrode (1a, 1a') und eine Kathodenelektrode (1b) aufweist, die auf einer Oberflächenseite des Substrats gebildet sind, und eine Anodenelektrode (1c), die auf einer Rückseite des Substrats ausgebildet ist; und einen Druckkontaktträgerblock (6), der an einem Innenumfang des externen Gateanschlusses (7) vorgesehen ist und sich an der Gate-Elektrode (1a, 1a') über dem zentrischen, ausgesparten Abschnitt des Substrats befindet, bei der die Gate-Elektrode auf der Oberfläche des zentrischen, ausgesparten Stufenabschnitts (1h) des Substrats (1) so gebildet ist, dass sie dem Druckkontaktträgerblock (6) zugewandt ist, bei der an einer vorbestimmten Stelle einer Oberseite der Gate-Elektrode (1a) ein konvexer Kontaktabschnitt (1a') so gebildet ist, dass er mit dem Druckkontaktträgerblock (6) in Kontakt steht, und bei der auf einem Oberflächenbereich der Gate-Elektrode eine Isolierschicht (1d) gebildet ist, mit Ausnahme einer Stelle, an der der konvexe Kontaktabschnitt (1a') gebildet ist.
  8. Halbleitervorrichtung in Druckkontaktbauweise nach Anspruch 7, bei der die Gate-Elektrode aus einer ersten Gate-Elektrode (1a) und einer zweiten Gate-Elektrode (1a') besteht, die erste Gate-Elektrode auf der Oberfläche des zentrischen, ausgesparten Stufenabschnitts (1h) des Halbleitersubstrats so gebildet ist, dass sie dem Druckkontaktträgerblock (6) zugewandt ist, die zweite Gate-Elektrode (1a') als konvexer Kontaktabschnitt (1a') gebildet ist, der mit dem Druckkontaktträgerblock (6) in Kontakt steht.
  9. Halbleitervorrichtung in Druckkontaktbauweise nach Anspruch 7, bei der der auf der Oberfläche der Gate-Elektrode vorgesehene konvexe Kontaktabschnitt einstückig mit der Gate-Elektrode (1a) ausgebildet ist.
  10. Halbleitervorrichtung in Druckkontaktbauweise nach Anspruch 7, bei der die Gate-Elektrode aus einer ersten Gate-Elektrode (1a) und einer zweiten Gate-Elektrode (1a') besteht, die zweite Gate-Elektrode (1a') auf der Oberfläche des zentrischen, ausgesparten Stufenabschnitts (1h) des Halbleitersubstrats (1) so gebildet ist, dass sie dem Druckkontaktträgerblock (6) zugewandt ist, und die erste Gate-Elektrode (1a) so gebildet ist, dass sie über der zweiten Gate-Elektrode (1a') liegt, und der konvexe Kontaktabschnitt, der mit dem Druckkontaktträgerblock (6) in Kontakt steht, einstückig mit der ersten Gate-Elektrode ausgebildet ist.
  11. Halbleitervorrichtung in Druckkontaktbauweise nach Anspruch 9, bei der die Gate-Elektrode (1a) einen Vorsprung überdeckt, der einstückig von dem Oberflächenabschnitt des zentrischen, ausgesparten Stufenabschnitts (1h) des Halbleitersubstrats (1) vorsteht, und der einstückig mit der Gate-Elektrode (1a) ausgebildete konvexe Kontaktabschnitt so gebildet ist, dass er über dem Vorsprung liegt.
  12. Halbleitervorrichtung in Druckkontaktbauweise nach Anspruch 7, bei der die Gate-Elektrode aus einer ersten Gate-Elektrode (1a) und einer zweiten Gate-Elektrode (1a') besteht, die erste Gate-Elektrode (1a) über einem Vorsprung liegt, der einstückig vom Oberflächenabschnitt des zentrischen, ausgesparten Stufenabschnitts (1h) des Halbleitersubstrats (1) vorsteht, und die zweite Gate-Elektrode (1a') auf der ersten Gate-Elektrode (1a) so ausgebildet ist, dass sie als konvexer Kontaktabschnitt dient.
  13. Halbleitervorrichtung in Druckkontaktbauweise nach einem der Ansprüche 5, 6, 11 und 12, bei der ein Querschnitt des einstückig auf dem Halbleitersubstrat gebildeten Vorsprungs (1f) eine sich verjüngende Form hat, die zu dessen oberem Ende hin schmäler wird.
  14. Halbleitervorrichtung in Druckkontaktbauweise nach einem der Ansprüche 2, 4, 6, 8, 10 und 12, bei der die zweite Gate-Elektrode aus einem Elektrodenmaterial besteht, das weniger oxidativ als ein Aluminiummaterial ist.
  15. Halbleitervorrichtung in Druckkontaktbauweise nach einem der Ansprüche 2, 4, 6, 8, 10 und 12, bei der die zweite Gate-Elektrode eine Mehrschichtstruktur aufweist, die aus verschiedenen Materialarten besteht.
DE102004006989A 2003-02-12 2004-02-12 Halbleitervorrichtung in Druckkontaktbauweise Expired - Lifetime DE102004006989B4 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003033325A JP4073801B2 (ja) 2003-02-12 2003-02-12 圧接型半導体装置
JP2003/033325 2003-02-12

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102004006989A1 DE102004006989A1 (de) 2004-08-26
DE102004006989B4 true DE102004006989B4 (de) 2012-11-08

Family

ID=32767666

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102004006989A Expired - Lifetime DE102004006989B4 (de) 2003-02-12 2004-02-12 Halbleitervorrichtung in Druckkontaktbauweise

Country Status (3)

Country Link
US (2) US6995464B2 (de)
JP (1) JP4073801B2 (de)
DE (1) DE102004006989B4 (de)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5085881B2 (ja) * 2006-04-20 2012-11-28 三菱電機株式会社 半導体素子
US7698101B2 (en) * 2007-03-07 2010-04-13 Apple Inc. Smart garment
WO2015154908A1 (en) * 2014-04-10 2015-10-15 Abb Technology Ag Turn-off power semiconductor device with improved centering and fixing of a gate ring, and method for manufacturing the same
CN104570763A (zh) * 2014-12-02 2015-04-29 国家电网公司 一种静止无功发生装置的数模混合仿真系统及其仿真方法
CN113555707B (zh) * 2021-07-08 2023-06-23 维沃移动通信有限公司 电路板和电子设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56130969A (en) * 1980-03-18 1981-10-14 Hitachi Ltd Semiconductor device
DE4011275A1 (de) * 1989-04-11 1990-10-18 Fuji Electric Co Ltd Halbleiterbauelement
JPH08330572A (ja) * 1995-05-31 1996-12-13 Mitsubishi Electric Corp 圧接型半導体素子及びその製造方法並びに圧接型半導体装置
JPH11233755A (ja) * 1998-02-12 1999-08-27 Hitachi Ltd 半導体装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56130969A (en) * 1980-03-18 1981-10-14 Hitachi Ltd Semiconductor device
DE4011275A1 (de) * 1989-04-11 1990-10-18 Fuji Electric Co Ltd Halbleiterbauelement
JPH08330572A (ja) * 1995-05-31 1996-12-13 Mitsubishi Electric Corp 圧接型半導体素子及びその製造方法並びに圧接型半導体装置
JPH11233755A (ja) * 1998-02-12 1999-08-27 Hitachi Ltd 半導体装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004247384A (ja) 2004-09-02
US20040183093A1 (en) 2004-09-23
US6995464B2 (en) 2006-02-07
US20060027910A1 (en) 2006-02-09
US7221047B2 (en) 2007-05-22
JP4073801B2 (ja) 2008-04-09
DE102004006989A1 (de) 2004-08-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010038933A1 (de) Halbleitervorrichtung mit Halbleiterchip und Metallplatte und Verfahren zu deren Fertigung
DE102010011112A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE102005048102A1 (de) Interdigitaler Gleichrichter mit mehrkanaliger Gruppe-III-Nitrit-Heterostruktur
DE2712543A1 (de) In harz vergossene halbleitervorrichtung und verfahren zu ihrer herstellung
DE102020200862A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE102013226544A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE112017002564B4 (de) Halbleitervorrichtung und zugehöriges herstellungsverfahren
DE102004006989B4 (de) Halbleitervorrichtung in Druckkontaktbauweise
DE102004027176B4 (de) Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauteilen
DE3723150C2 (de)
DE2004776C2 (de) Halbleiterbauelement
EP0283588B1 (de) Steuerbares Leistungs-Halbleiterbauelement
DE112017002421T5 (de) Halbleitereinheit und verfahren zum herstellen einer halbleitereinheit
DE69031796T2 (de) Leistungshalbleiteranordnung vom Drucktyp
DE102017117165A1 (de) Elektronisches Bauteil und Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils
WO2022263543A1 (de) Leiterplattenanordnung
DE19906841B4 (de) Funkenstreckenanordnung und Verfahren zur Herstellung einer vertikalen Funkenstrecke
DE68923056T2 (de) Halbleiteranordnung mit kurzgeschlossener Anode und Verfahren zu deren Herstellung.
EP0355359A1 (de) Abschaltbares Halbleiterbauelement
EP0325774B1 (de) Abschaltbares Leistungshalbleiterbauelement
DE10350770B4 (de) Druckkontakt-Halbleiterbauelement mit Blindsegment
DE19640242C2 (de) Kathodenanordnung für GTO-Thyristor
DE2237086C3 (de) Steuerbares Halbleitergleichrichterbauelement
DE2757821C3 (de) Verfahren zur Herstellung einer Mesa-Halbleiteranordnung mit Druckkontakt
DE10310067B4 (de) Halbleitervorrichtung mit hohlzylindrischer Gehäuseelektrode

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final

Effective date: 20130209

R084 Declaration of willingness to licence
R071 Expiry of right