DE102014212455A1 - Diode mit einem plattenförmigen Halbleiterelement - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung zeigt eine Diode mit einem plattenförmigen Halbeiterelement (3) mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, wobei die erste Seite durch eine erste Verbindungsschicht (5) mit einer ersten metallischen Kontaktierung (6) verbunden ist und die zweite Seite durch eine zweite Verbindungsschicht (4) mit einer zweiten metallischen Kontaktierung (2) verbunden ist, wobei die erste Seite in einem Mittelbereich ein Diodenelement (16–13) aufweist und in einem Randbereich der ersten Seite, der Kristallstörungen aufgrund eines Trennprozesses des plattenförmigen Halbleiterelements aufweist, ein weiteres Diodenelement (14–13) aufweist, wobei die erste Verbindungsschicht (5) nur einen elektrischen Kontakt zum Diodenelement (16–13) und nicht zum weiteren Diodenelement (14–13) herstellt und auf der ersten Seite das weitere Diodenelement (14–13) einen freiliegenden Kontakt aufweist, der durch die erste Verbindungsschicht (5) elektrisch kontaktierbar ist.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Diode mit einem plattenförmigen Halbleiterelement nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs.
  • Aus der DE 195 49 202 sind bereits Dioden mit einem plattenförmigen Halbleiterelement bekannt, das durch eine erste und zweite Verbindungsschicht mit einer ersten und zweiten metallischen Kontaktierung verbunden ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Diode mit den Kennzeichens des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass das Diodenelement durch die erste Verbindungsschicht kontaktiert ist und ein weiteres Diodenelement, welches in einem Randbereich der Kristallstörungen aufweist, angeordnet ist, nicht kontaktiert ist. Bei einer korrekten Kontaktierung fließt somit ein Strom ausschließlich über das Diodenelement und nicht über das weitere Diodenelement. Wenn es aufgrund einer fehlerhaften Anordnung der ersten Verbindungsschicht zu einer Kontaktierung des weiteren Diodenelements kommt, so ist dies durch eine einfache elektrische Messung an der Diode nachweisbar. Es lässt sich somit durch eine einfache elektrische Messung an der Diode feststellen, ob die erste Verbindungsschicht zwischen der ersten metallischen Kontaktierung und der ersten Seite des Halbleiterelements korrekt ausgeführt ist. Aufgrund der Anordnung der weiteren Diode in einem Bereich mit Kristallstörungen lässt sich durch eine einfache Messung des Sperrstroms ermitteln, ob diese weitere Diode ebenfalls durch die erste Verbindungsschicht mit der ersten metallischen Kontaktierung elektrisch verbunden ist. Es lässt sich so der Herstellungsprozess kontrollieren bzw. eine thermisch bedingte Wanderung der Verbindungsschicht nachweisen. Es kann so die Qualität der Dioden verbessert werden.
  • Weitere Vorteile und Verbesserungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche. Besonders einfach erfolgt die Kontaktierung der weiteren Diode, indem bei einer fehlerhaften Anordnung der ersten Verbindungsschicht der freiliegende Kontakt des weiteren Diodenelements elektrisch kontaktiert wird. Eine derartige fehlerhafte Anordnung kann in einem fehlerhaften Herstellungsprozess oder aber während des Betriebs der Diode aufgrund von mechanischem Stress aufgrund des unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der beteiligten Materialien entstehen. Besonders einfach wird das Halbleiterelement durch Sägen in einem Trennprozess aus einer räumlich sehr viel größeren Großplatte herausgetrennt. Durch diesen Sägeprozess werden automatisch Kristallschäden in einem Randbereich des Halbleiterelements eingebracht. Für das erste Diodenelement kommen eine Vielzahl von verschiedenen Dioden, beispielsweise pn-Diode, eine Schottky-Diode, planarer oder Trench-MOS-Feldeffekttransistor oder ein MOS-Feldeffekttransistor, bei dem Gate, Body und Sourcegebiet miteinander kurzgeschlossen sind, in Frage. Die weitere Diode wird besonders einfach als pn-Diode ausgebildet. Als Verbindungsschicht kann sowohl ein Lot, insbesondere ein bleifreies Lot oder aber eine Sinterschicht aus Metallpartikeln Verwendung finden. Die freiliegenden Kontakte weisen vorzugsweise Metallschichten auf, da so eine Kontaktierung der ersten Verbindungsschicht mit den freiliegenden Kontakten der weiteren Diode vereinfacht wird. Diese Metallstrukturen können insbesondere als Ringstrukturen ausgebildet sein, wodurch ein weiteres thermisches Kriechen der Verbindungsschicht behindert wird. Um durch eine einfache Messung zuverlässig sicherzustellen, ob die erste Verbindungsschicht zwischen der ersten metallischen Kontaktierung und der ersten Seite des Halbleiterelements korrekt ausgeführt ist, sollte die Diode und die weitere Diode einen lateralen Abstand voneinander aufweisen, der größer ist als die Weite der sich im Sperrfall von der Diode ausbreitenden Raumladungszone, so dass sich die Raumladungszone der Diode nicht bis zum weiteren Diodenelement erstreckt. Unter dem Sperrfall wird hier die Ausdehnung der Raumladungszone bei der maximal anlegbaren Sperrspannung verstanden. Durch einen Durchbruch der Diode im Mittelbereich des Halbleiterelements durch den Avalancheeffekt ist die maximal anlegbare Sperrspannung auf einen Maximalwert begrenzt. Auch in diesem Fall (bzw. bis zu einer etwas höheren Spannung) soll sich die Raumladungszone nicht bis zur weiteren Diode im Randbereich erstrecken. Alternativ kann sich zwischen den beiden Dioden an der Halbleiteroberfläche eine umlaufende hoch dotierte Halbleiterschichtschicht mit umgekehrter Polarität befinden, die die Ausdehnung der Raumladungszone begrenzt.
  • Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Seitenansicht/Schnittbild einer Diode nach dem Stand der Technik,
  • 2 ein erstes Ausführungsbeispiel,
  • 3 ein zweites Ausführungsbeispiel,
  • 4 ein drittes Ausführungsbeispiel und
  • 5 ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Diode.
  • Beschreibung der Erfindung
  • In der 1 wird zur linken Seite der Achse 100 ein Querschnitt und auf der rechten Seite der Achse 100 eine Außenansicht einer Diode für einen Generator, insbesondere für einen Generator in einem Kraftfahrzeug, gezeigt. Diese Diode weist einen Einpresssockel 1 auf, der auf seiner Außenseite mit einer so genannten Rändelung, d. h. Riefen versehen ist. Mit dieser Rändelung wird der Einpresssockel 1 in eine entsprechende Öffnung einer metallischen Gleichrichteranordnung eingepresst. Durch die Riefen der Rändelung erfolgt dabei eine besonders innige formschlüssige Verbindung des Einpresssockels 1 mit der Gleichrichteranordnung, wodurch eine sehr gute elektrische Kontaktierung und ein sehr guter Abfluss von Wärme sichergestellt werden. Wie im Querschnitt zu erkennen ist, weist der Einpresssockel 1 noch einen Montagesockel 2 auf, auf dem dann das eigentliche Halbleiterelement 3 montiert ist. Dieser metallische Sockel 2 stellt somit eine metallische Kontaktierung 2 für das Halbleiterelement 3 dar. Das Halbleiterelement 3 ist durch eine elektrisch leitende Verbindungsschicht 4 mit der metallischen Kontaktierung 2 verbunden. Ebenso ist das Halbleiterelement 3 durch eine elektrisch leitende Verbindungsschicht 5 mit der metallischen Kontaktierung 6 verbunden. Für die weitere Diskussion wird die metallische Kontaktierung 6 als erste metallische Kontaktierung, die Verbindungsschicht 5 als erste Verbindungsschicht, die Verbindungsschicht 4 als zweite Verbindungsschicht und die metallische Kontaktierung 2 als zweite Kontaktierung bezeichnet. Weiterhin kann das Halbleiterelement 3 noch dünne oberflächliche Kontaktierungsschichten aufweisen, die zwischen dem Halbleiterelement 3 und der ersten Verbindungsschicht 5 und der zweiten Verbindungsschicht 4 angeordnet sein. Beispielsweise kann eine Schichtfolge aus Cr, NiV7 und Ag für die Verbindung des Halbleiterlelements 3 mit der ersten Verbindungsschicht 5 und der zweiten Verbindungsschicht 4 Verwendung finden. Weiterhin ist die Gesamtheit von erster metallischer Kontaktierung 6, Halbleiterbauelement 3 und zweiter metallischer Kontaktierung 2 durch eine Vergußmasse 7 vollständig umhüllt. Die Vergußmasse 7 ist eine isolierende Kunststoffmasse, die die Aufgabe hat einen Teil der mechanischen Kräfte, die auf die erste Kontaktierung 6, die erste Verbindungsschicht 5 des Halbleiterelements 3, die zweite Verbindungsschicht 4 bzw. die zweite metallische Kontaktierung 2 wirken, aufzunehmen. Als Hilfe für das Vergießen ist noch ein Kunststoffring 8 vorgesehen, der während der Montage als Vergußhülse für die Kunststoffmasse 7 dient. Als Kunststoffmasse 7 kann beispielsweise ein mit Quartzkörnern gefülltes Epoxid oder ein sonstiges hoch temperaturfester Kunststoff dienen. Als Material für die erste Kontaktierung 6 bzw. die zweite Kontaktierung 2 bzw. den Einpresssockel 1 wird vorzugsweise ein gut elektrisch leitendes Material und ein gut wärmeleitendes Material, wie beispielsweise Kupfer verwendet. Um eine gute Oberflächenqualität zu gewährleisten, können diese Kupfermaterialien mit einer dünnen oberflächlichen Nickelschicht versehen sein. Ein derartiges Diodenelement, wie es in der 1 gezeigt wird, ist beispielsweise bereits aus der DE 195 49 202 bekannt.
  • Für die erste Verbindungsschicht 5 und die zweite Verbindungsschicht 4 kann entweder ein Lot oder ein Sintermaterial verwendet werden. Zu Herstellung wird ein Lot üblicherweise als Lotplättchen zwischen das Halbleiterelement 3 und die ersten und zweite elektrische Kontaktierung gelegt und dann durch eine Temperaturbehandlung aufgeschmolzen. Das geschmolzene Lot benetzt dann (ggf. unter Zuhilfenahme eines Flussmittels) die Oberfläche des Halbleiterelements 3 und die elektrischen Kontaktierungen 2, 6 und bildet nach dem Erstarren des Lots eine elektrische und mechanische Verbindung zwischen dem Halbleiterelement 3 und den metallischen Kontaktierungen 2, 6. Für ein Sintermaterial als Verbindungsschicht 4, 5 wird zunächst ein pastöses Material aus einem Kunststoff mit Metallpartikeln auf das Halbleiterelement 3 und/oder die metallischen Kontaktierungen aufgebracht. Dazu eignet sich ein Drucken oder das Einlegen entsprechender Folien. Durch eine Temperaturbehandlung wird dann der Kunststoff in einen gasförmigen Zustand überführt und die Metallpartikel durch einen Sinterprozess miteinander und mit den Oberflächen des Halbleiterelements 3 und den metallischen Kontaktierungen 2, 6 verbunden. Es wird so ebenfalls eine elektrische und mechanische Verbindung zwischen dem Halbleiterelement 3 und den metallischen Kontaktierungen 2, 6 geschaffen. Bei diesen Herstellungsverfahren kann es zu einer Fehljustage kommen, d.h. die Anordnung des Lotplättchens oder des geschmolzenen Lots oder des Sintermaterials kann nicht der gewollten Position entsprechen. Insbesondere kann durch eine solche Fehljustage die Verbindungsschicht nicht nur auf einem beabsichtigten Mittelbereich des Halbleiterelements 3 kommen sondern auch in einen nicht beabsichtigten Randbereich.
  • Bei Betrieb der Dioden in Durchlassrichtung fällt an ihnen eine Flussspannung UF ab, die sich bei Raumtemperatur und Stromdichten von 500A/cm2 bei PN-Dioden etwa auf einen Wert von 1V, bei Hocheffizienzdioden auf etwa 0,6V–0,8V einstellt. Der damit verbundene Leistungsabfall wird in Wärme umgewandelt und im Wesentlichen über den Einpresssockel und die Gleichrichteranordnung des Generators abgeführt. In Folge dessen steigt die Sperrschichttemperatur Tj der Dioden an. So werden bei hohen Generatorströmen und zusätzlich hohen Umgebungstemperaturen an der Diode Sperrschichttemperaturen Tj bis zu 240°C gemessen. In der Praxis werden die Dioden vielen Temperaturzyklen ausgesetzt. Beispielsweise sollen 3000 Temperaturzyklen mit einer Ausfallrate unter 1% überstanden werden. Verschärft wird die Situation durch vermehrten Einsatz von modernen Start-Stopp- bzw. Rekuperationssystemen, bei denen etwa 0,2–2 Millionen Temperaturzyklen von etwa 40°C bis 80°C, die der mittleren Diodentemperatur überlagert sind, zusätzlich auftreten können.
  • Bei den hohen Temperaturen dürfen die verwendeten Verbindungsschichten 4, 5 natürlich nicht aufschmelzen. Wenn für die Verbindungsschichten 4, 5 ein Lot verwendet wird, so wird ein Lot verwendet, dessen Schmelztemperatur Ts möglichst weit oberhalb der maximal auftretenden Sperrschichttemperatur Tj liegt. So werden bis heute in der Regel hoch bleihaltige Lote verwendet, deren Solidustemperatur Ts über 300°C liegt. Solche Dioden sind z. B. aus DE-19549202 bekannt.
  • Die in der Diode zusammengefügten Stoffe Silizium, Verbindungsschichten 4, 5 insbesondere mit einem bleihaltigen Lot und Kupfer weisen große Unterschiede in den physikalischen Materialeigenschaften auf. So sind z. B. Ausdehnungskoeffizienten und Elastizitätsmodule sehr unterschiedlich. Bei Temperaturwechseln treten deshalb hohe mechanische Spannungen auf. Die während den Temperaturhüben in den Verbindungsschichten 4, 5 auftretende mechanische Spannung erreicht und übersteigt dabei schnell die Elastizitätsgrenze der Verbindungsschichten 4, 5, d. h. die Verbindungsschichten 4, 5 beginnt sich plastisch zu verformen. Dabei kommt es zu einem Vorgang, der als Kriechen bezeichnet wird. Dabei quellen die Verbindungsschichten 4, 5 im Laufe der Zeit aus Ihren ursprünglichen Positionen heraus und kriechen in den Bereich zwischen den Kupfer- bzw. Chipseiten (2, 6 bzw. 3) und der Kunststoffschicht 7 hinein. Das Kriechen der Verbindungsschichten 4, 5 führt schließlich zu Kurzschlüssen. Grundsätzlich tritt der beschriebene Effekt auch bei bleifreien Weichloten auf.
  • Zusätzlich können bei der Montage und dem Löten von Sockel (1), Lotplättchen (4, 5), Halbleiterchip (3) und Kopfdraht Fehler auftreten. Beispielsweise kann das Lot bei der Montage nicht richtig platziert sein, bzw. beim Löten auslaufen. Bei Fügeverfahren, die kein Weichlot verwenden – wie z. B. beim Niedertemperatur-Silbersintern (NTV) – kann die Fügeschicht beim Aufbau u. U. ebenfalls fehlerhaft platziert sein. Die Silberschicht kann z. B. zu nahe am Chiprand befinden oder sogar über den Chiprand hinausragen.
  • In der 2 wird ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In der 2 wird ein Ausschnitt gezeigt, in der nur das Halbleiterelement 3 die erste Verbindungsschicht 5 und die erste metallische Kontaktierung 6 dargestellt sind. Die zweite Verbindungsschicht 4 und die zweite metallische Kontaktierung 2 werden in dieser Ansicht nicht dargestellt, da sie für das Verständnis der Erfindung nicht von Bedeutung sind. In der 2 wird insbesondere auch die interne Struktur des Halbleiterelements 3 dargestellt. Das Halbleiterelement 3 ist als plattenförmiges Halbleiterelement ausgebildet, welches eine erste Seite aufweist, die der ersten metallischen Kontaktierung 6 zugewandt ist. Weiterhin weist das plattenförmige Halbleiterelement 3 eine zweite Seite auf, die der zweiten Verbindungsschicht 4 bzw. der zweiten metallischen Kontaktierung 2 zugewandt ist. Die zweite Metallisierung 2 und die zweite Verbindungsschicht 4 werden in der 2 nicht dargestellt.
  • Auf der ersten Seite des plattenförmigen Halbleiterelements 3, die im Folgenden als Oberseite bezeichnet wird, sind in einem Mittelbereich eine p-Dotierung 16 und in einem Randbereich eine p-Dotierung 14 vorgesehen. Die p-Dotierung 16 bildet gemeinsam mit der n-Dotierung 13 des plattenförmigen Halbleiterelements 3 eine pn-Diode, die die eigentliche Diode für den Gleichrichter darstellt. Ebenso bildet die im Randbereich angeordnete p-Dotierung 14 mit dem n-Material 13 des plattenförmigen Halbleiterelements 3 eine weitere Diode, die im Randbereich angeordnet ist. Die Oberseite des Halbleiterelements 3 ist in einem Bereich zwischen der p-Dotierung 16 und der p-Dotierung 14 mit einer dielektrischen Schicht 17, beispielsweise einer Siliziumoxidschicht versehen. Auf der p-Dotierung 16 ist eine Kontaktenmetallisierung 15 vorgesehen, die beispielsweise aus der bereits beschriebenen Schichtfolge von Chrom, Nickel und Silber besteht und die einen guten ohmschen Kontakt zur p-Dotierung 16 herstellt. Weiterhin stellt diese Metallisierungsschicht 15 eine gute elektrische Kontaktierung zur Verbindungsschicht 5 her. Durch diese Metallisierungsschicht 15 und die Verbindungsschicht 5 wird ein guter ohmscher Kontakt zwischen der metallischen Kontaktierung 6 und der pn-Diode, gebildet aus p-Dotierung 16 und n-Material 13 hergestellt. Die p-Dotierung 16 ist in einem Mittelbereich vorgesehen, d. h. diese p-Dotierung erreicht an keiner Stelle den seitlichen Rand des plattenförmigen Halbleiterelements 3. Die p-Dotierung 14 umgibt die p-Dotierung 16 vollständig, d. h. der gesamte Randbereich um den Mittelbereich herum ist mit einer p-Dotierung 14 versehen und umgibt den Mittelbereich vollständig.
  • Der Randbereich 18 des plattenförmigen Halbleiterelements 3 ist typischer Weise dadurch gebildet, dass eine Vielzahl von Halbleiterelementen 3 auf einer Großplatte, insbesondere einem Siliziumwafer gefertigt werden und dann durch einen Sägeprozess diese Großplatte in eine Vielzahl von einzelnen Halbleiterelementen 3 zerteilt wird. Durch diesen Sägeprozess werden in dem Randbereich, d. h. im Seitenrand 18 eine Vielzahl von mechanischen Mikrorissen eingebracht, die zu einer Veränderung der elektrischen Halbleitereigenschaften des Materials führen. Insbesondere erstrecken sich derartige Mikrorisse auch in dem Bereich, in dem sich die weitere Diode gebildet durch die p-Dotierung 14 und die n-Dotierung 13 erstrecken. Die elektrischen Eigenschaften dieser weiteren Diode unterscheidet sich daher signifikant von den elektrischen Eigenschaften der Diode, die durch die p-Dotierung 16 und das n-Silizium 13 gebildet werden. Für eine etwa 20 mm2 Diode im Mittelbereich mit einer Durchbruchsspannung im Bereich von 20 V beträgt der Sperrstrom, d. h. der Strom der bei Anlegen einer Sperrspannung fließt für die Diode im Mittelbereich (p-Dotierung 16–n-Dotierung 13) in der Regel weniger als 100 nA. Der Sperrstrom der weiteren Diode im Randbereich (p-Dotierung 14–n-Dotierung 13) beträgt demgegenüber in der Größenordnung von 10 bis 100 Mikroampere. Es kann somit durch Messung des Sperrstroms bestimmt werden, ob durch die Verbindungsschicht 5 nur die Diode im Mittelbereich (p-Dotierung 16–n-Dotierung 13) oder auch die Diode im Randbereich (p-Dotierung 14–n-Dotierung 13) kontaktiert wurde.
  • In der 2 wird mit dem Bezugszeichen 5 eine korrekte Anordnung der Verbindungsschicht 5 relativ zur Diode im Mittelbereich (16–13) gezeigt. Mit dem Bezugszeichen 5a wird eine fehlerhafte Anordnung der Verbindungsschicht 5 relativ zum plattenförmigen Halbleiterelement 3 gezeigt, dergestalt, dass durch die nun fehlerhaft angeordnete Verbindungsschicht 5a auch eine elektrische Kontaktierung des freiliegenden Kontaktes der p-Dotierung 14 erfolgt. Durch die fehlerhaft angeordnete Verbindungsschicht 5a wird somit die Oberseite der p-Dotierung 14 und somit der freiliegende elektrische Kontakt der weiteren Diode im Randbereich kontaktiert. Es kann somit ein Stromfluss ebenfalls über die weitere Diode im Randbereich (14–13) erfolgen, der einen Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften des gesamten Halbleiterelements bzw. der Diode hat. Wenn an die erste metallische Kontaktierung 6 und die zweite metallische Kontaktierung 2 ein Strom in Flussrichtung angelegt wird, so wird der Strom überwiegend über die Diode im Mittelbereich (16–13) fließen und ein erhöhter Strom der weiteren Diode im Randbereich (14–13) durch die Kristallstörungen wird nicht weiter ins Gewicht fallen. Wenn jedoch eine Spannung in Sperrrichtung angelegt wird, so wird der Stromfluss über die Diode im Mittelbereich (16–13) nur gering sein, während der Stromfluss über die weitere Diode im Randbereich (14–13) deutlich stärker ins Gewicht fallen wird als der Stromfluss über die Diode im Mittelbereich (16–13). Es wird so eine Möglichkeit geschaffen, durch Anlegen einer Sperrspannung zu bestimmen, ob die erste Verbindungsschicht nur die Diode im Mittelbereich (16–13) kontaktiert oder auch die weitere Diode im Randbereich (14–13). Um durch eine einfache Messung zuverlässig sicherzustellen, ob die erste Verbindungsschicht zwischen der ersten metallischen Kontaktierung und der ersten Seite des Halbleiterelements korrekt ausgeführt ist, sollte die Diode und die weitere Diode einen lateralen Abstand voneinander aufweisen, der größer ist als die Weite der sich im Sperrfall von der Diode ausbreitenden Raumladungszone, so dass sich die Raumladungszone der Diode nicht bis zum weiteren Diodenelement erstreckt. Unter dem Sperrfall wird hier die Ausdehnung der Raumladungszone bei der maximal anlegbaren Sperrspannung verstanden. Durch einen Durchbruch der Diode im Mittelbereich des Halbleiterelements durch den Avalancheeffekt ist die maximal anlegbare Sperrspannung auf einen Maximalwert begrenzt. Auch in diesem Fall (bzw. bis zu einer etwas höheren Spannung) soll sich die Raumladungszone nicht bis zur weiteren Diode im Randbereich erstrecken. Alternativ kann sich zwischen den beiden Dioden an der Halbleiteroberfläche eine umlaufende hoch dotierte Halbleiterschichtschicht mit umgekehrter Polarität befinden, die die Ausdehnung der Raumladungszone begrenzt.
  • In der 3 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die Ausführungsform in der 3 entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform nach der 2 und es werden in der 3 mit den Bezugszeichen 3, 5, 6, 13, 14, 15, 16, 17 und 18 auch die gleichen Gegenstände bezeichnet, wie bei der 2. Im Unterschied zur 2 ist jedoch eine weitere Metallisierung 15a vorgesehen, die von den Materialien her genauso aufgebaut ist, wie die Metallisierung 15. Die Metallisierung 15a ist jedoch im Randbereich über der weiteren Diode 14–13 angeordnet, so dass der freiliegende Kontakt dieser weiteren Diode nun nicht mehr durch die Oberfläche der p-Dotierung 14 sondern durch die Metallisierung 15a gebildet wird. Durch diese Maßnahme wird eine besonders einfache Kontaktierung der weiteren Diode sichergestellt, da ein elektrischer Kontakt der fehlerhaft angeordneten Verbindungsschicht 5a mit der Metallisierungsschicht 15a sichergestellt wird. Es wird so sichergestellt, dass eine Kontaktierung der fehlerhaft angeordneten Verbindungsschicht 5a mit der weiteren Diode 14–13 sichergestellt wird. Es wird so das prinzipielle Erkennen einer fehlerhaft angeordneten Verbindungsschicht 5 weiterhin verbessert.
  • In der 4 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Diode gezeigt. Mit den Bezugszeichen 3, 5, 6, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 5a und 15a werden wieder die gleichen Gegenstände dargestellt, wie bei der 2 und 3. Im Unterschied zur 2 und 3 sind hier jedoch im Randbereich eine Vielzahl von unterschiedlichen Metallisierungen 15a, 15b und 15c vorgesehen, die jeweils im Randbereich angeordnet sind und jeweils den Mittelbereich ringartig vollständig umgeben. Bei diesen Metallschichten 15a, 15b und 15c handelt es sich wieder um metallische Kontaktierungen der weiteren Diode 14–13 im Randbereich. Da diese einzelnen Metallisierungen jedoch voneinander getrennt sind und sich zwischen den einzelnen Metallisierungen 15a, 15b, 15c jeweils ein Bereich vorgesehen, in dem kein Metall vorgesehen ist, wird eine weitere Ausbreitung der fehlerhaften Verbindungsschicht 5a behindert. Es hat sich nämlich gezeigt, dass bei einem thermisch bedingten Kriechen der Metallschicht 5a Oberflächen, die bereits mit Metall bedeckt sind, sehr einfach bedeckt werden und dann am Ende einer derartigen oberflächlichen Metallisierung 15a, 15b, 15c ein weiteres Kriechen behindert wird. Durch die Anordnung als mehrere ringartige Strukturen der Metallisierungen 15a, 15b, 15c wird somit ein weiteres thermisch bedingtes Kriechen der Verbindungsschicht 5 behindert. Alternativ können sich zwischen den Metallschichten 15a, 15b und 15c noch zusätzliche dielektrische Schichten (analog zu der Schicht 17) befinden.
  • In der 5 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Mit dem Bezugszeichen 3, 5, 6, 13, 14, 15, 15a, 17, 5a und 18 werden wieder die gleichen Gegenstände bezeichnet, wie in der 3. Im Unterschied zur 3 ist jedoch keine durchgehende p-Dotierung 16, die eine erste pn-Diode in einem Mittelbereich bildet, vorgesehen. Anstatt dessen sind eine Vielzahl von einzelnen p-Bereichen 19 vorgesehen. In diese p-Bereiche 19 sind flache hoch n-dotierte Bereiche 20 eingebracht, die die Sourcezonen von MOS-Transistoren bilden. Auf der Oberseite ist dann ein dünnes Gateoxid 21 vorgesehen, welches sich auf der Oberseite des Halbleiterelements 3 von den oberflächlich freiliegenden Bereichen 13 über die p-dotierten Bereiche 19 bis zu den stark n-dotierten Sourcebereichen 20 erstreckt. Das dünne Gateoxid 21 ist dann mit einem n-dotierten Polysiliziumgate 22 bedeckt, welches wiederum vollständig von der Metallisierung 15 bedeckt ist. Es wird so im Mittelbereich des Halbleiterbauelements 3 ein MOS-Transistor geschaffen, bei dem das Gate, Bodygebiet und Sourcegebiet elektrisch miteinander kurzgeschlossen sind. Ein derartiges Bauelement verhält sich ebenfalls wie eine Diode mit einer sehr geringen Flussspannung und weist ebenfalls in Sperrrichtung nur einen sehr geringen Stromfluss auf. Auch bei einem derartigen Bauelement nach der 2 lässt sich somit durch Messung eines Sperrstromes feststellen, ob es zu einer fehlerhaften Anordnung der Verbindungsschicht 5 bzw. 5a gekommen ist. Die MOS-Transistoren in 5 können auch in anderen, dem Stand der Technik entsprechenden Variationen ausgeführt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19549202 [0002, 0011, 0014]

Claims (10)

  1. Diode mit einem plattenförmigen Halbeiterelement (3) mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, wobei die erste Seite durch eine erste Verbindungsschicht (5) mit einer ersten metallischen Kontaktierung (6) verbunden ist und die zweite Seite durch eine zweite Verbindungsschicht (4) mit einer zweiten metallischen Kontaktierung (2) verbunden ist, wobei die erste Seite in einem Mittelbereich ein Diodenelement (16–13) aufweist und in einem Randbereich der ersten Seite, der Kristallstörungen aufgrund eines Trennprozesses des plattenförmigen Halbleiterelements aufweist, ein weiteres Diodenelement (14–13) aufweist, wobei die erste Verbindungsschicht (5) nur einen elektrischen Kontakt zum Diodenelement (16–13) und nicht zum weiteren Diodenelement (14–13) herstellt und auf der ersten Seite das weitere Diodenelement (14–13) einen freiliegenden Kontakt aufweist, der durch die erste Verbindungsschicht (5) elektrisch kontaktierbar ist.
  2. Diode nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass bei einer fehlerhaften Anordnung der ersten Verbindungsschicht (5a) auf der ersten Seite bei der Herstellung oder während des Betriebs der Diode ein elektrischer Kontakt zu dem freiliegenden Kontakt des weiteren Diodenelements (14–13) erfolgt.
  3. Diode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass beim Trennprozess durch Sägen das Halbleiterelement (3) von einer größeren Platte getrennt wird und durch dieses Sägen die Kristallschäden in den Randbereich eingebracht werden.
  4. Diode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass das erste Diodenelement (16–13) als pn-Diode, Schottky-Diode, MOS-Feldeffekttransistor oder MOS-Feldeffekttransistor mit einem elektrisch verbundenen Gate, Bodygebiet und Sourcegebiet ausgebildet ist.
  5. Diode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Diode als pn-Diode (14–13) ausgebildet ist.
  6. Diode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsschicht (5) als Lotschicht oder Sinterschicht ausgebildet ist.
  7. Diode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der freiliegende Kontakt Metallschichten (15a, 15b, 15c) aufweist.
  8. Diode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Metallschicht als umlaufende Metallstreifen (15a, 15b, 15c) ausgebildet sind.
  9. Diode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein lateraler Abstand zwischen der Diode (16–13) und der weiteren Diode (14–13) größer ist, wie die Weite der Raumladungszone der Diode (16–13) an der Oberseite des Halbleiters.
  10. Diode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die laterale Ausdehnung der weiteren Diode (14–13) mindestens so groß ist, wie die Dicke der Verbindungsschicht (5).
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