DE1514562B2

DE1514562B2 - Anordnung zur herstellung eines halbleiter-bauelementes

Info

Publication number: DE1514562B2
Application number: DE19651514562
Authority: DE
Inventors: Edgar Dr rer nat 7401 Pliezhausen Lutz
Original assignee: Semikron Gesellschaft fur Gleich richterbau und Elektronik mbH, 8500 Nurn berg
Priority date: 1965-09-07
Filing date: 1965-09-07
Publication date: 1972-12-07
Also published as: DE1514563A1; DE1514562A1; US3474303A

Description

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Halbleiter-Bauelemente für hohe Leistungen, wie beispielsweise Hochleistungsgleichrichter und Hochleistungsthyristoren, weisen entsprechend ihrer Leistungsauslegung große aktive Flächen auf. Diese relativ großen Flächen bringen für die Hersteller insbesondere bei der Kontaktierung Schwierigkeiten mit sich, die bisher trotz vieler Anstrengungen nicht beseitigt werden konnten. So zeigen die Legierungskontakte und die Lötkontakte bei Großflächengleichrichtern nicht selten mechanische Spannungen, die während der Temperaturbehandlung beim Kontaktieren entstehen und oft, insbesondere bei Wechselbelastung oder Dauerbelastung mit maximal zugelassenem Strom, zur Zerstörung des Bauelements führen.

Da es nicht nur auf eine gute, die gesamte aktive Fläche bedeckende und damit ausnutzende Kontaktierung ankommt, sondern vor allem darauf, daß sowohl der elektrische als auch der thermische Übergangswiderstand möglichst gering gehalten wird, stellt auch der Druckkontakt nur eine Teillösung zu dem durch diese Schwierigkeiten gegebenen Problem dar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim Kontaktieren von Halbleiterkörpern für Halbleiter-Bauelemente hoher Strombelastbarkeit Lot- und/ oder Legierungskontakte mit möglichst geringem thermischen und elektrischen Übergangswiderstand zu erzielen, bei denen mechanische Spannungen in aneinandergrenzenden Kontaktschichten verringert und durch solche Spannungen hervorgerufene Ausfälle vermieden werden. I

Aus der österreichischen Patentschrift 231:568 sind Hälbleiteranordnungen bekannt, bei deneni zur Beseitigung von Benetzungsschwierigkeiten bei der Kontaktierung von Schichten oder schichtförmigen Bauteilen durch Löten oder Legieren sowie zur Erzielung einwandfreier thermischer und elektrischer Kontakte die jeweilige durch ein Lot zu benetzende Oberfläche eines Bauteils mit Rillen versehen ist, die zur Erzielung einer Kapillarwirkung für den Lotmaterialfluß dienen. Die auf diese Weise gegebene Anordnung von Lotmetallstreifen in der Bauteiloberfläche kann jedoch auf Grund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des: Lotmetalls und des Bauteilmaterials in verstärktem Maße zu mechanischen Spannungen in den Kontaktschichten führen.

Die deutsche Auslegeschrift 1 106 876 betrifft Halbleiteranordnungen mit Legierungskontakten, bei denen die in den Halbleiterkörper einlegierten Elektroden aus mehreren elektrisch parallelen Flächenteilen bestehen. Mit einer solchen Unterteilung der Kontaktelektrode soll vermieden werden, daß nach dem Legierungsprozeß beim Abkühlen der Anordnung entstehende mechanische Spannungen zu einem Abheben der legierten Zone und damit zum Ausfall der Halbleiteranordnung führen. Da nach dem ausgewiesenen Stand der Technik die unterteilte Kontaktelektrode mit einer durchgehenden, planen Kontaktplatte aus einem Material mit einem demjenigen des Halbleitermaterials entsprechenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten abgedeckt und kontaktiert wird, erscheint nicht gewährleistet, daß der aufgezeigte Schichtenaufbau gegenüber insbesondere bei extremen Betriebsbedingungen auftretenden mechanischen Spannungen beständig ist.

Weiterhin betrifft die deutsche Auslegeschrift 1116 827 ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen, mit dem die Bildung von Rissen im Halbleiterkörper bei Anlegieren einer Kontaktplatte an die Kontaktelektrode des Halbleiterkörpers vermieden werden soll. Zu diesem Zweck wird zwischen Kontaktelektrode und Kontaktplatte eine Metallfolie angeordnet, die an ihrer der Kontaktelektrode zugewandten Fläche eine aus Rillen in der Form eines Rasters oder aus einem Waffelmuster bestehende Ausbildung aufweist, wodurch der unerwünschte seitliche Austritt überschüssigen Legierungsmaterials vermieden werden soll.

Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beseitigt nicht nur die bei der Herstellung von Hochleistungs-Halbleiter-Bauelementen auftretenden Schwierigkeiten, sondern weist auch nicht die bekannten Anordnungen anhaftenden Mängel auf.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einer die Kathode bildenden, in zwei oder mehr Teilelektroden beliebiger geometrischer Form unterteilten Kontaktelektrode.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß mit der Kontaktelektrode eine Kontaktplatte fest verbunden ist, die eine durch die Unterteilung der Kontaktelektrode bestimmte Form sowie an der Verbindungsfläche zur Kontaktelek-

trode nutenförmige Aussparungen aufweist, die in ihrem Verlauf mit dem Verlauf der zwischen den Teilelektroden befindlichen Trennungsbereiche übereinstimmen und bei der Kontaktierung mit diesen dekkungsgleich angeordnet sind.

Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht nicht nur die Herstellung großflächiger Halbleiterbauelemente mit einem gegenüber mechanischen Spannungen optimal beständigen Schichtenaufbau, sondern vermeidet auch unerwünschte Legierungsund Diffusionseffekte bei der Temperaturbehandlung während der Kontaktierung zwischen Kontaktelektrodenteilen.

An Hand der in den Fig. 1, 2, 3 und4 dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung aufgezeigt und in ihrer Wirkung erläutert.

In F i g. 1 ist die Kontaktplatte in Draufsicht und in Fig.2 in perspektivischer Darstellung gezeigt, während in F i g. 3 die unterteilte Kathodenschicht in Draufsicht und in Fig. 4 in perspektivischer Darstellung wiedergegeben ist.

Die unterteilte Kathode 1 besteht aus mehreren durch die Zwischenbereiche 2 elektrisch vollständig voneinander getrennten Teilkathoden. Entsprechend dem durch die Trennung der Kathode in Teilkathoden 1 gegebenen Muster der Zwischenräume 2 wird die Kontaktplatte mit Nuten 3 versehen. Werden nun die einzelnen Teilkathoden 1 mittels der Kontaktplatte kontaktiert, so werden die in ihrem Verlauf übereinstimmenden Nuten der Kontaktplatte mit den Zwischenschichten der unterteilten Kathode zur Dekkung gebracht. Dadurch wird verhindert, daß bei der Temperaturbehandlung während der Kontaktierung in den Trennungsschichten zwischen den Teilkathoden unerwünschte Legierungs- oder Diffusionseffekte auftreten können. Die Teilung der Kathode und die gemäß der vorliegenden Erfindung überaus einfache Kontaktierung mittels der vorbereiteten Kontaktplatte beseitigt alle durch die Größe der Kathode bedingten Schwierigkeiten und verbessert somit den Kontaktierungsprozeß sowie überhaupt die Herstellungsverfahren für großflächige Halbleiter-Bauelemente hoher Leistung.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Herstellung eines Hochleistungs-Halbleiter-Bauelements ist bei steuerbaren Halbleiter-Bauelementen mit besonderem Vorteil anwendbar und wird in den F i g. 5 und 6 erläutert. Fig.5 zeigt eine Unterteilung der Kathodenfläche eines steuerbaren Halbleiter-Bauelements und F i g. f) stellt eine nach der Lehre der Erfindung kontaktierte, steuerbare Halbleiter-Anordnung dar. Mit 4 ist jeweils die Steuerelektrode bezeichnet. Da in den zwischen den Teilkathoden sich erstreckenden Zwischenzonen die Steuerelektrode angeordnet wird, und zwar so, daß der Rand der Steuerelektrode vom

ίο Rand der entsprechenden Teilkathode stehts im gleichen Abstand verläuft, wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Kontaktplatte und durch das kongruente Aufbringen derselben auf die unterteilte Kathode gewährleistet, daß sich zwischen Steuerelektrode und Kathode kein ohmischer Kontakt ausbilden kann. Die in die Kontaktplatte eingearbeiteten Nuten verhindern die Herstellung eines Kurzschlusses zwischen Steuerelektrode und Kathode durch das bei der Kontaktierung benutzte Lot.

ao Die Nuten der Kontaktplatte sind, wenn sie bei steuerbaren Halbleiter-Bauelementen mit unterteilter Kathode Verwendung finden, vorteilhaft breiter als die eigentlichen Steuerelektrodenstreifen in den Zwischenzonen zwischen den Teilkathoden. Die Aufbringung der Kontaktplatte kann nach einem der bekannten Kontaktierungsverfahren erfolgen.

Um bei Hochleistungsbauelementen eine auch den höchsten Anforderungen gerechtwerdende Sicherheit bezüglich der Vermeidung von Kurzschlüssen zwisehen den Kathodenteilen und der Steuerelektrode zu gewährleisten, können die zwischen den Kathodenteilen und die am Rande der Kathodenteile liegenden Bereiche mit oder ohne Steuerelektroden durch eine isolierende Schicht, beispielsweise durch eine Schicht aus Kunststoff oder Kunstharz geschützt oder zum Schütze mit einer Lackschicht oder Oxydschicht versehen werden.

Anordnungen dieser Art mit großer aktiver Kathode eignen sich vorteilhaft für steuerbare Hochleistungs-Halbleiter-Bauelemente, die besonderer Wechselbelastung ausgesetzt sind, oder auch für ausschaltbare Halbleiter-Bauelemente, da durch die unterteilte Kathode eine Vergrößerung der Zündausbreitungsfront und damit eine Optimierung der Rekombination und des damit erzielten Ladungsträgerstromrückgangs bewirkt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einer die Kathode bildenden, in zwei oder mehr Teilelektroden beliebiger geometrischer Form unterteilten Kontaktelektrode, gekennzeichnet durch eine mit der Kontaktelektrode fest verbundene Kontaktplatte mit einer durch die Unterteilung der Kontaktelektrode bestimmten Form sowie mit an der Verbindungsfläche zur Kontaktelektrode befindlichen, nutenförmigen Aussparungen, die in ihrem Verlauf mit dem Verlauf der zwischen den Teilelektroden befindlichen Trennungsbereichfe übereinstimmen und bei der Kontaktierung mit diesen deckungsgleich angeordnet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei steuerbaren Halbleiterbauelementen in den zwischen den Kathodenteilen ao ausgebildeten Trennungsräumen die Steuerelektroden angeordnet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Kathodenteilen ausgebildeten Bereiche mit einer Isolierschicht versehen sind.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Kathodenteilen ausgebildeten, die Steuerelektrode enthaltenden Bereiche mit einer Isolierschicht versehen sind.

5. Anordnung nach Anspruch 3 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht aus einem Kunststoff oder Kunstharz besteht.

6. Anordnung nach Anspruch 3 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht eine Oxydschicht ist.