DE1639176C3 - Temperaturkompensierte Z-Diodenanordnung in Form einer Halbleiterschaltung - Google Patents

Description

Oxidschicht die eine Diodenzone kontaktiert und sich auf der Isolierschicht mindestens bis zur Randlinie der Diodenzone erstreckt.

Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert. s

Fig. 1 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild einer temperaturkompensierten Z-Diodenanordnung nach dem Hauptpatent;

Fig.2 zeigt im Schnitt das Plättchen aus Halbleitermaterial, das die Z-Diodenanortinung nach F ig. 1 trägt; ίο

Fig.3 zeigt die Schnittansicht einer anderen Ausbildungsform der Erfindung;

Fig.4 zeigt im Grundriß die Anordnung der im Ersatzschaltbild der F i g. 1 gezeigten Einzelstrukturen, und

F i g. 5 zeigt im Schnitt eine weitere Ausbildungsform der Erfindung.

In Fig. 1 ist das elektrische Ersatzschaltbild einer temperaturkompensierter. Z-Diodenanordnung gezeigt. Sie besitzt die mit einem Plus- bzw. Minuszeichen gekennzeichneten äußeren Anschlüsse. Um die Darstellung in den Figuren nicht zu komplizieren, wird diese Schaltung in zwei Gruppen aufgeteilt, nämlich die Transistorstruktur A und die gestrichelt umrandete, aus mehreren Einzelstrukturen bestehende Einheit B. Die Funktion dieser monolithisch integrierten temperaturkompensierten Z-Diodenanordnung ist im Hauptpatent beschrieben. Ihr Hauptmerkmal besteht darin, daß sie für alle Einzelstrukturen eine gemeinsame Kollektorzone, nämlich den Halbleiterkörper selbst, besitzt.

In Fig.2 ist im Schnitt ein Teil der Z-Diodenanordnung, deren elektrisches Ersatzschaltbild in F i g. 1 dargestellt ist, gezeigt. Der Halbleiterkörper 2 besteht aus einer hochdotierten η+ -Zone 2a und einer darüber, beispielsweise epitaktisch aufgebrachten η--Zone 2b. In diese Zone sind die einzelnen Transistorstrukturen sowie die anderen Einzelstrukturen eingelassen. Es sind zwei Transistorstrukturen A und C gezeigt, die die beiden Basiszonen 6a, 6c sowie die in die jeweiligen Basiszonen eingelassenen Emitterzonen besitzen. Auf den Emitterzonen sind die Elektrodenkontakte 4a und 4c aufgebracht. Diese Oberfläche des Halbleiterkörpers ist, ausgenommen die Elektrodenkoniakte, mit einer isolierenden Schutzschicht 3 abgedeckt. Vom Elektrodenkontakt 4a führt auf der Schutzschicht 3 eine Verbindung Ab zum großflächigen Elektrodenkontakt 5. Dieser trägt in bekannter Weise einen durch elektrolytische oder andere Abscheidung aufgebrachten pilzförmigen Kontakt 5a.

Die Elektrodenkontakte 4a und 4c können aus aufgedampften Metallfilmen bestehen. Es ist aber auch möglich, daß die Elektrodenkontakte 4a und 4c aus mehreren Lagen verschiedenartiger Metalle bestehen, beispielsweise aus Chrom und Silber oder aus Aluminium und Silber oder aus Chrom, Silber und Gold 5s oder aus Nickel und Gold oder aus Nickel, Blei und Zinn, so daß einerseits ein guter Kontakt mit dem Halbleitermaterial der zugehörigen Zonen und andererseits eine Oberfläche des Elektrodenkontaktes gewährleistet ist, die die weitere Aufbringung des Kontaktes 5a mit niedrigen Kontaktwiderständen und guter mechanischer Haftung erlaubt. An den Kontakt 5a kann nun sehr einfach durch Löten eine Zuleitung angebracht werden, oder es kann auch die große Oberfläche des Kontaktes 5a als Auflagefläche einer Preßkontaktverbindung benutzt werden.

Auf der Oberflächenseite, die der Oberflächenseile mit dem großflächigen Elektrodenkontakt 5 gegenüberliegt, ist ein rückwärtiger großflächiger Elektrodenkontakt 1, der den Halbleiterkörper 2 kontaktiert, angebracht.

Bei der in F i g. 3 gezeigten Ausführungsform befindet sich der Emitter der Transistorstruktur A im Zentrum des Halbleiterkörpers 2. Der großflächige zentrale Elektrodenkontakt 5 kontaktiert direkt die Emitterzone der Transistorstruktur A. Der Elektrodenkontakt 4a nach Fig. 2 kann somit eingespart werden. Vom Elektrodenkontakt 5 führt die metallische Leitbahn 4b zum Elektrodenkontakt 4c der Transistorstruktur C, in diesem Fall also zu ihrer Basiszone. Auf dem zentralen großflächigen Elektrodenkontakt 5 ist wiederum der Kontakt 5a angebracht.

In Fig.4 ist im Grundriß die Aufteilung der Z-Diodenanordnung auf dem Halbleiterkörper 2 in schematischer Weise dargestellt.

Der Schaltungsteil B nach F i g. 1 ist um den zentralen Elektrodenkontakt 5 herumgruppiert. Die Transistorstruktur A befindet sich in der rechten oberen Ecke des Halbleiterkörpers 2. Die quadratisch ausgebildete Emitterzone ist mit dem zentralen Eleklrodenkontakt 5 über die Leitbahn 4b und den Emitter-Elektrodenkontaki 4a leitend verbunden. Die Basiszone 6a ist mit dem Schaltungsteil ßüber die weitere Leitbahn 7 verbunden.

Fig. 5 zeigt eine Weiterbildung, bei der vor dem Anbringen des Kontaktes 5a eine dielektrische Isolierschicht 8 auf den bereits vorhandenen zentralen Elektrodenkontakt 5 aufgebracht wird. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird mittels des bekannten photolithographischen Prozesses eine öffnung über demjenigen Teil des zentralen Elektrodenkontaktes 5 hergestellt, der mit dem Kontakt 5a verbunden werden soll, wenn die Isolierschicht aus Glas, SiO/SiO₂, Si₃Na besteht. Bei dielektrischen Schichten, bei denen das photolithographische Verfahren nicht angewendet werden kann (z. B. Polytetrafluoräthylen), kann zweckmäßig eine Aufbringung durch geeignete Masken erfolgen.

Die Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß Z-Diodenanordnungen nach dem Mauptpatent in die für übliche Zweipole geeigneten Gehäuse eingebaut werden können. Insbesondere können dafür die bei Halbleiterdioden üblichen Gehäuse verwendet werden. Vor allem lassen sich dadurch die Z-Diodenanordnungen sehr schnell und in großen Stückzahlen mit Gehäuse und Zuleitungen versehen. Da die Kosten einer Z-Diodenanordnung zu einem beträchtlichen Teil auch von den Kosten für den Einbau in das Gehäuse bestimmt werden, bietet die Erfindung die Möglichkeit, übliche, auf Massenfertigung zugeschnittene Diodengehäuse auch bei Z-Diodenanordnungen nach dem Hauptpatent verwenden zu können.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Temperaturkompensierte Z-Diodenanordnung in Form einer Halbleiterschaltung, die aus mehreren nichtlinearen und linearen, in einem gemeinsamen Halbleiterkörper des einen Leitungstyps angeordneten, durch aufgebrachte Metallisierungen untereinander verbundenen Einzelelementen besteht und die mit zwei äußeren Anschlüssen versehen ist, bei der als Einzelelemente mehr als zwei Transistorstrukturen dienen, der Halbleiterkörper die gemeinsame Kollektorzone aller Transistorstrukturen darstellt, die Basis-Emitter-pn-Übergänge der Transistor-Strukturen bezüglich der Richtung des im Betrieb fließenden Gesamtstroms derart in Reihe geschaltet sind, daß ein Teil der Basis-Emitter-pn-Übergänge in Sperrichtung bis ins Abbruchgebiet als Z-Dioden und die restlichen in Flußrichtung als Flußdioden betrieben sind, und bei der gegebenenfalls der Emitter der letzten als Flußdiode wirkenden Transistorstruktur mit dem zweiten äußeren Anschluß verbunden ist, wobei nach Patent 15 89 707 Wirkwiderstände zum Einstellen des über einzelne pn-Übergänge fließenden Stromes entweder in der gemeinsamen Kollektorzone als den dem Leitungstyp des Halbleiterkörpers entgegengesetzten Leitungstyp besitzende Zonen oder auf dem Halbleiterkörper als aufgebrachte Widerstandsschichten angeordnet sind, zur Erniedrigung des dynamischen Innenwiderstandes die Transistorwirkung von mindestens einem Teil der als Flußdioden betriebenen Transistorstrukturen herangezogen ist und der Halbleiterkörper mit dem ersten äußeren Anschluß sowie entweder die Basis der letzten als Z-Diode wirkenden Transistorstruktur oder der Emitter der letzten als Flußdiode wirkenden Transistorstruktur mit dem zweiten äußeren Anschluß verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberflächenseite, von der aus die Einzelstrukturen (A, C) in oder auf dem Halbleiterkörper (2) gebildet sind, ein im Zentrum liegender, im Vergleich zur Fläche der Einzelstrukturen (A, C) großflächiger Elektrodenkontakt (5) über einer isolierenden Schutzschicht (3) angeordnet ist, der mit der zugehörigen Elektrodenzuleitung verbunden ist.

2. Z-Diodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Einzelstrukturen (A, C) bis unter die isolierende Schutzschicht (3) erstrecken (F ig. 2).

3. Z-Diodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberflächenseite, von der aus die Einzelstrukturen (A, C) in oder auf dem Halbleiterkörper (2) gebildet sind, der Elektrodenkontakt (5) die darunterliegende Zone einer Einzelstruktur (/^direkt kontaktiert (F i g. 3).

4. Z-Diodenanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Elektirodenkontakt (1) kreisförmig ausgebildet ist.

5. Z-Diodenanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2 oder nach den Ansprüchen 1; und 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der freien Oberflächenseite des die Kollektorzone tragenden und/oder bildenden Halbleiterkörpers (2) ein großflächiger Metallbelag (1) aufgebracht ist (F i g. 2).

Das Hauptpatent 15 89 707 betrifft eine temperaturkompensierte Z-Diodenanordnung entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung betrifft die weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Gegenstandes des Hauptpatents.

Die Herstellkosten solcher Z-Diodenanordnungen werden wesentlich von den Montagekosten beeinflußt. So werden beispielsweise monolithisch integrierte Halbleiterschaltungen, die eine Vielzahl von Elektro·

ίο denzuleitungen besitzen, dadurch kontaktiert, daß nach dem bekannten Thermokompressionsverfahren dünne Drähte unter Anwendung von Wärme und Druck oder von Ultraschall an den entsprechenden Elektrodenkontaktflächen angebracht werden. Aufgrund der Tatsache, daß dieses Kontaktieren nur halbautomatisch erfolgt, d. h., das eigentliche Kontaktieren erfolgt maschinell, während das Ausrichten von ElektrodenkontaktfJäche und Elektrodenzuleitung vor dem Kontaktieren von Hand mittels eines Mikromanipulators ausgeführt wird, ist dieses Kontaktierverfahren sehr teuer. Außerdem sind einer Massenfertigung dadurch Grenzen gesetzt. Man ist daher bestrebt, von diesem Kontaktierverfahren abzukommen und billigere, schnellere und einfachere Verfahren zum Kontaktieren anzuwenden. Insbesondere soll auch eine Massenfertigung möglich sein, was beispielsweise für gelötete Kontakte oder sogenannte Preßkontakte zutrifft.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Z-Diodenanordnungen nach dem Hauptpatent 15 89 707 so weiterzubilden, daß sie billig und einfach kontaktiert, d. h. mit Elektrodenzuleiiungen versehen, sowie billig und einfach in ein Gehäuse eingebaut werden können. Diese Aufgabe wird durch die Maßnahmen des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 gelöst.

Aus der GB-PS 10 73 135 ist zwar ein Feldeffekt-Strombegrenzungs-Halbleiterbauelement bekannt, dessen einzelne pn-Übergänge so angeordnet sein sollen, daß entsprechende großflächige Elektrodenkontakte auf den beiden gegenüberliegenden Oberflächenseiten des das Plättchen bildenden Halbleiterkörpers angebracht werden können, so daß er in übliche Diodengehäuse, z. B. Glasgehäuse, eingebaut werden kann. Demgegenüber wird bei der Erfindung jedoch gerade davon abgesehen, eine spezielle Anordnung der pn-Übergänge bzw. Einzelstrukturen zu suchen, um dann entsprechende Elektrodenkontakte anbringen zu können. Dies würde eine viel zu starke Einschränkung beim flächenmäßigen Aufteilen und Entwerfen der Z-Diodenanordnungen bedeuten. Die Erfindung geht vielmehr einen anderen Weg und nimmt die Z-Diodenanordnungen so, wie sie entworfen sind, und hat erkannt, daß es ohne weiteres möglich ist, einen zentralen Elektrodenkontakt auf beiden Seiten anzubringen.

Ferner ist zu berücksichtigen, daß bis zum Anmeldetag der Erfindung ausschließlich integrierte Halbleiterschaltungen bekannt waren, die ausschließlich mehr als zwei Elektrodenanschlüsse aufweisen, die am Rande des Halbleiterplättchens aufgereiht angebracht sind. Bei der Kontaktierung dieser bekannten integrierten Halbleiterschaltungen treten daher die oben geschilderten Nachteile auf.
Aus der DT-AS 12 58 518 ist ferner eine Halbleiter-

f>5 diode, also ein Einzelhalbleiterbauelement, bekannt, deren Sperrspannung so hoch wie möglich sein soll, was durch eine derartige Ausbildung des Elektrodenkontaktes erreicht wird, daß er durch ein Loch in einer