DE2125468A1

DE2125468A1 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE2125468A1
Application number: DE19712125468
Authority: DE
Inventors: Bernard Robert Scipio Center N Y Tuft (V St A ) HOIl 11 00
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1970-05-22
Filing date: 1971-05-22
Publication date: 1971-12-09
Also published as: GB1356158A; SE374225B; FR2090208A1; DE7119982U; US3643136A

Description

Anmelder: General Electric Company, 159 Madison Avenue, New York, N-Y. 100.16, USA

Halbleitervorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe für Silizium-Halbleiterelemente, die insbesondre für Leistungs-Halbleitervorrichtungen mit vielfachen Umfangskanten geeignet ist. Es sind Silizium-Halbleiter-Gleichrichter bekannt, bei denen Glas sowohl als Grenzschicht-Passivierungsmittel und als isolierenden hermetisches Gesamtgehäuse für das Silizium-Halbleiterelement verwendet wird. Ein typisches Beispiel hierfür ist der Gleichrichter A14 der General Electric Company. Diese hermetische Kapselung eignet sich zwar sehr gut für Silizium-Halbleiterelemente, die verhältnismäßig geringe Ströme führen und einen Heinen Durchmesser besitzen, wegen der unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten des Siliziums und des Glas-Passivierungsmittels eignet sich diese Lösung jedoch nicht zur Herstellung von Silizium-Halbleiterelementen von Breiten bis zu etwa 3,5 mm (150 mil), da bei größeren Elementen wesentlich stärkere Spannungen im Glas entstehen.

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Es wurden sehr intensive Untersuchungen durchgeführt, um ein Glas zu finden, daj· als Grenzschicht-Passivierungsmittel geeignet ist und dessen iiärmedehnungskoeffizient ausreichend gut Ton dem zu Silizium paßt, um dies bei aiiziumelementen mit größerem Durchmesser als einziges Abdichtung- und Verkapselungsmaterial verwenden zu können. Bs wurden zwar eine Anzahl von Glassorten gefunden, deren Wärmedehnungskoeffizient hinreichend gut zu dem von Silizium paßt. Diese Glassorten sind jedoch im allgemeinen ungeeignet zur direkten Aufbringung auf 3iliziumflachen, da sie entweder extrem hohe Schmelztemperaturen, typisch oberhalb 900° 0, aufweisen, oder weil die elektronischen Eigenschaften der Silizium-Halbleiterelemente an ihren Grenzschichten verschlechtert warden,,d.h«, daß diesen Glassorten die geeigneten Passivierun^gseigenschafter. fehlen.

Da es kein Passivierungsmittel aus Glas gibt, das auch eine hermetische Kapselung für Leistungs-Silizium-Halbleiterelemente bilden könnte, wurde bisher auf die Verwendung dünner Schichten eines Glas-Passivierungsmittels zurückgegriffen, das auf die Kanten des zu passivierenden oilizium-Halbleiterelements aufgebracht wurde. Diese dünnschichtigen Passivierungsmittel wurden wegen ihrer Zerbrechlichkeit und ihrer daraus resultierenden unsicheren Fähigkeit, allein sämtliche Verschmutzungen vom Halbleiterelement fernzuhalten, zusammen mit anderen zusätzlichen Passivierungsmitteln und Gehäusematerialien verwendet. So wurde beispielsweise eine Leistungs-Halbleitervorrichtung vorgeschlagen, bei tfer eine dünne Glas-Passivierungsschicht durch ein Passivierungsmittel aus Silizium ergänzt und das Silizium-Passivierungsmittel durch ein geformtes Gehäuse umgeben wurde. Gemäß einem anderen Vorschlag kann an der Kante eines Leistungs-Silisium-Halbleiterelements eine dünne Glas-Passivierun^sschicht angebracht und das Element in einem hermetisch abgedichteten Gehäuse befestigt werden.

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Ferner ist eine Halbleitervorrichtung vorgeschlagen worden, bei der ein Glas-Passivierungsmittel, d. h., ein Glas enthaltendes Passivierungsmittel, zur Passivierung der Umfagskante des Halbleiterelements und zum Aufbringen eines keramischen \ZOrformlings auf die Umfangskante verwendet wird, dessen Viärmedehnun^skoeffizient im wesentlichen zu dem des Siliziums paßt. Die Schwierigkeiten von Glasbrüchen infolge unterschiedlicher Wärmedehnungskoeffizienten des Glases und -des Siliziums werden durch den Stabilisierung einflui3 des Vorformlings und durch Begrenzung der Stärke des Glases auf weniger als etwa 0,025 mffl (1 mil) vermieden. Gleichzeitig bietet die Passivierungszusammensetzung der Vorform im allgemeinen die gleichen Vorteile hinsichtlich des behutzes, die auch durch dicke Glas-Passivierungsschichten bei Halbleitervorrichtungen für niedrige ströme erreicht werden. Hierdurch ergibt sich der beträchtliche Vorteil, daß diese Lösung auch bei Leistungs-Hai bleitervorrichtungen angewendet werden kann.

Es hat sich jedoch als schwierig erwiesen, gemäß dieser Lösung bei Leistungs-Halbleitervorrichtungen zu arbeiten, die vielfache Umfangskanten aufweisen. Beispielsweise haben 2h/ristor-Halbleiterelemente typischerweise eine flach geschrägte Unfangskante, die die Durchlaßspannung-Sperrscliicht schneidet und eine beträchtlich steilere schräge Kante, die die Haupt-Sperrspannungs-Sperrschicht schneidet. Um den zuletzt genannten Vorschlag bei einer derartigen Vorrichtung anzuwenden, muß nämlich der Vorformling so den beiden geschrägten Umfangsoberflächen angepaßt werden, daß ein Abstand von weniger als ü,U25 mm (l mil) entsteht. Dies ist zwar möglich, verträgt sich jedoch nicht mit der normalen Herstellungsart der Abschrägung. Da nämlich die flache geneigte Urafangskante durch Läppen unter einem genau eingestellten Schrägungswinkel gebildet wird, schwankt die Breite dieser Umfangskante von Element zu Element sehr stark, je nach der Dauer des Läppens und anderen Verfahrensvariablen. Auch die steiler geneigte Kante wird typischerweise nach Verfahren wie beispielsweise Sandblasen gebildet. Daher müßten

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nach dem obigen Vorschlag bei Halbleiterelementen mit mehreren TJmfangskanten» die nach herkömmlichen Herstellungsverfahren gebildet sind, die Vorformlinge Jedem Element einzeln angepaßt werden.

Der vorliegenden ErfinUng liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Baugruppenanordnung anzugeben, bei der ein zusammengesetzter Isolator sowohl als Grenzschicht-Passivierungsmittel und als einziges Isoliergehäuse für ein Silizium-Halbleitereleuent verwendet werden kann, insbesondere wenn das Kalbleiterelement mit inehreren Umfangskanten und Grenzschichten versehen ist.

Die erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung enthält ein Silizium-Halbleiterelement mit einer ersten und zweiten überfläche, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind. ,Eine schräge Umfangskante erstreckt sich von der ersten Kontaktfläche und schneidet eine erste Grenzschicht und eine zweite Umfangskante erstreckt sich von der zweiten Kontaktfläche zu der schrägen Fläche und schneidet eine zweite Grenzschicht. Ein Keramik-Vorformling umgibt das Halbleiterelement und besitzt eine überfläche die einer der Umfangskanten des Elements angepaßt ist und sich von dieser in einem Abstand von weniger als G,ü25 mm (1 mil) befindet. Der Viärmedehnungskoeffizient des Vorformlings paßt im wesentlichen zu dem des Silizium-Halbleiter- oder -Thyristorelements. Ein Glas-Passivierungsmittel verbindet die eine Umfangskante des Elements iait der daran angepaßten überfläche des Yorformlings. Das Glas-Passivierungsmittel liegt ferner über einem Rest der Umfangslcante und befindet sich angrenzend an die restliche Unifangskante in einem Abstand vom Vorformling-. Der Vfärmedehnungskoeffizient des Glas-Passivierungs/nittels ist höher als der des Siliziums und niedriger als 45 χ 1u~'/°C, die Heiz- oder Aktivierungstemperatur ist niedriger als die des Vorformlings und die maximale Stärke ist geringer als etwa ü,U25 mm (!mil). Kontakteinrichtungen sind mit der ersten und zweiten Kontalrtf lache und dicht mit dem Vorformling verbunden.

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Anhand der in der beigefügten Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung im folgenden näher erläutert, iiis zeigen:
Pig. 1 einen Vertikalschnitt eines erfindungsgemäß ausgebildeten

Thyristors; und
i'ig. 2 einen Teilschnitt einer abgewandelten Ausführungsforra.

In beiden Figuren ist die Stärke des Halbleiterelements gegenüber der .Breite übertrieben dargestellt. Die Einteilung in Abschnitte bzw. die Schraffur ist beim Halbleiterelement zur Verbesserung der Klarheit der Zeichnung weggelassen.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform enthält ein Thyristor 100 ein haiblattendes Silizium-Thyristor-Element 102, das auf herkömmliche 7Jeise aufgebaut sein kann. Das Thyristorelement enthält vier übereinander angeordnete Schichten 104, 1Od, 108 und 110. Die Schichten haben jeweils den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp der benachbarten Schichten. Typischerweise sind die Schichten 104 und 103 η-leitend und die Schichten 106 und 110 p-leitend. Die Undschienten 104 und 110 werden als jümitt erschient en bezeichnet, während die Zwischenschichten 1θβ und 103 als Basisschichten bezeichnet werden. Die Schichten 104 und 106 sind durch eine Saiittergrenzschicht 112 voneinander getrennt, die Schichten 108 und 110 durch eine Ääitter-Grenzschicht 114. üine Kollektor-Grenzschicht 11o trennt die Basisschichten.

Das halbleitende Thyristoreleraent ist mit einer ersten Kontaktfläche 118 und einer zweiten Kontaktfläche 119 versehen. Die Emitterschicht 104 liegt angrenzend an einen größeren Teil der ersten Kontakt fläche, während die Basisschicht 106 einen, mittleren, kleineren Teil dieser Fläche bildet. Die jimlttergrenzschicht

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112 schneidet die erste Kontaktfläche zwischen den Emitter- und BsiSi s schicht en. Die Emitterschicht 110 liegt angrenzend an die zweite Kontakt fläche.

Sine verhältnismäßig flach abgeschrägte Umfangskante 120 des Halbleiterelements erstreckt sich von der ersten Kontaktfläche nach unten und außen. Diese Umfangskante schneidet die Grenzschichten 112 und 116 unter einem spitzen Winkel. Falls der spezifische Widerstand der Schichten 104, 106 und 108 in dieser Hei__henfolge ansteigt, so bildet die schräge Kante 120 einen negativen Neigungswinkel gegenüber diesen Grenzschichten. Typischervreise werden die Gfcerflächen-Feldgradienten bei negativ abgeschrägten Grenzschichten verringert, wenn der Schrägungswinkel weniger als 20° beträgt. Eine gegenüber der ersten Umfangskante 120 vergleichsweise stärker geneigte Kante 122 erstreckt sich von der zweiten Kerntaktfläche zu der schwach geneigten Umfangskante 120. Da die Schicht 108 einen höheren spezifischen Widerstand hat als die Schicht 11O₅ seimeidet die umfangskante 122 die Emittergrenzschicht 114 so, daß ein positiver ITe igungs winkel gebildet wird. Bekanntermaßen erweitert ein positiver Abseiirägungswinkel den Oberflächen-Feldgradienten, so daß, wenn der Scnrägungswinkel von 90 abnimmt und Hull erreicht, eine dauernde Verbesserung zu beobachten ist« Daher ist es nicht wesentlich oder in den ineisten Fällen wünschenswert, daß die umfangskante 122 so schwach geneigt ist wie die umfangskante 120. Bei vielen Anwendungen kann die Umfangskante auch senkrecht zu den Kontaktflächen verlaute.:. .j---ζ hei-3t, sie kann die Grenzschicht 114 unter einem rechten 'JInkei schneiden_β normalerweise wird die Umfangskante 120 auf einen genauen Winkel geschliffen, um bezüglich der jüi^en-äcnaften der Kollektorgrenzschicht ein Optimum zu erreichen. In den meisten Fällen wird für die Umfangskante 120 ein negativer Sohrä^ungswiiix-el im Bereich, von 3 bis o' gewählt.

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Demgegenüber liegt der Winkel der Unfangskante 122 typischerweise im Bereich von 20 bis 45 . Sie wird nach einem Verfahren wie Sandblasen hergestellt. Das Sandblasen ist zwar eine zweckmäßige Herstellungsart zur Ausbildung dieser Fläche, sie gewährleistet jedoch iceine Gleichmäßigkeit der Umfangskante 122. So wird die ümfanjskante 120 typischerweise gleichförmig geschliffen und hinsichtlich des Schrägungswinkels genau kontrolliert, obwohl diese Kante beträchtlich in der Breite variieren kann. Die Unfangskante 122 kann in ihrer i.eigung, Breite und Ebenheit variieren. Es dufte überflüssig sein, abgeschrägte Thyristorele- · mente im einzelnen zu erläutern, da diese bekannt sind.

Ein keramischer Vorformling 124 ist mit einer Oberfläche 126 versehen, deren Form der schrägen Umfangskante 120 entspricht. Die Oberfläche 125 liegt seitlich in einem Abstand von weniger als etwa 0,025 ra (1 mil) von den Grenzschichten 112 und 116 entfernt und erstreckt sich seitlich über den Schnittpunkt der Umfangskanten 120 und 122 hinaus. Der Vorformling ist mit einer Oberfläche 128 versehen, die die seitliche Verlängerung der Oberfläche 126 schneidet und seitlich von der Umfea^kante 122 in einem Abstand angeordnet ist. Die Oberfläche 123 liegü normalerweise in einem Abstand von der Umfangskante 122, der größer ist als etwa 0,025 mm (1 mil), so daß dazwischen ein Spalt verbleibt. Die Oberfläche 128 kann eine beliebige passende Form besitzen. Sie braucht mit der Umfangskante 122 nicht übereinzustimmen. So kann beispielsweise die Oberfläche 128 die Verlängerung der Oberfläche 126 bilden.

Der keramische Vorformling muß einen Wärmedehnun_gskoeffizienten besitzen, der im wesentlichen mit dem des Siliziums übereinstimmt, d. h. im Bereich von 30 bis 37 χ 10""'/⁰O liegt. Zwar müssen in dem angegebenen Bereich Vorformling und Silizium im wesentlichen übereinstimmen. Es ist jedcali nicht notwendig oder praktisch, eine genaue Übereinstimmung des Vorformling und des

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Siliziums anzustreben, da das einkristalline Silizium in unterschiedlichen Kristallebenen unterschiedliche Wärmedehnungskoeffizienten aufweist. Da sich der Vorformling bei vielen Anordnungen zwischen der Anoden- und Kathodenklemme(oder Smitter- und Kollektorklemme) der Vorrichtung erstreckt, sollte die Durchschlagsfestigkeit wenigstens 40 kv/cm (100 V/mil) und der spezi-■ fische Widerstand wenigstens 10 Ohm χ cm betragen. Es können kristalline oder gläserne keramische Stoffe verwendet werden. Auch ist es möglich, Kombinationen von keramischen Stoffen zu verwenden. Beispielsweise kann ein glasierter keramischer Vorform-

ψ ling verwendet werden. Vorzugsweise werden gläserne keramische Stoffe, d. h. Glas verwendet, da sie vollständig porenfrei ausgebildet werden können. Es ist jedoch festgestellt worden, daß auch fluiddurchlässige keramische Vorformlinge angewendet werden können. Als geeignete Keramikstoffe können beispielsweise Borsilikat- oder Aluminiumsilikatglaser verwendet werden. Beispiele für im Handel erhältliche Borsilikatgläser sind Corning~Glas Ur. 7720, Hr. 7740 und ITr. 7770. Ein wegen seines geringen Alkallgehalts besonders bevorzugtes Glas ist Goming-Glas ilr. 7723. Beispiele für Aluminiumsilikatglaser sind Oorning-Glas ITr. 1710 und 1720. Zur Erläuterung eines typischen Glases seien im folgenden die Bestandteile von Oorning-Glas ITr. 7720 aufgeführt. Es besteht aus 73,0 Gew.-^ SiO₀, 16,5 Gew.-fo BpO_x 4,5 Gew.-% Ii₀Q und Ha₉O,

ψ 6,0 % PbO, Hest Spurenbestandteile. Coming-Glas ITr. 7740 besteht aus 80,5 fo SiO₂, 12,9 % B₃O₃, 3,8 % Ua₂O, 0,4 % K₃O, 2,2 β ^^^> äest Spurenbestandteile.

Ein Glas-Passivierungsmittel 130 wird zwischen die Umfangskanten des Halbleiterelements und die Oberfläche 126 gebracht und daran festaufgebracht. Die Stärke des Glas-Passivierungsmittels ist senkrecht zu den Kanten geringer als etwa Q,ο 25 mm (1 mil). Es wird fest sowohl auf den Vorformling als auch auf das Halbleiterelement aufgebracht. Da die Vorformlingsoberflache der Kante 120 des Silizium-Halbleiterelements mit gewisser Genauigkeit angepaßt sein muß, ist es wichtig, daß das Glas-Passivierungsmittel

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aus einer Zusammensetzung gewählt wird, die unterhalb der Aktivierungstemperatur, d. h. der Erweichungstemperatur, des keramischen Vorforralings haftend aufgebracht werden kann. Dies bereitet kaum Schwierigkeiten, da Glas-Passivierungsmittel typisch unterhalb 7QO⁰O erweichen, während keramische Vorformlinge der obigen Zusammensetzung eine Aktivierungs- oder Erweichungstemperatur von mehr als 9UO⁰G aufweisen. Eine wichtigere Forderung für das Slas-Passivierungsmittel ist, daß sein liärmedehnun^gskoeffisient geringer als 45 χ 1θ"⁷/°σ ist. In den US-PS 3 441 und 3 113 393 sind beispielsweise geeignete Glas-Passivierungsmittel beschrieben. Die Vereinigung des Halbleiterelements mit dem keramischen Vorformling kann dadurch geschehen, da/3 eine fein zerteilte Glasmasse aus dem Slas-Passivierungsmittel auf die üuifangskanten des Halbleiterelements aufgebracht wird und bis zur Verbindungstemperatur des Glas-Passivierungsmittels aufgeheizt wird. Vorzugsweise sollte das Glas-Passivierungsniittel bis auf seine G-lühtemperatur aufgeheist werden, obwohl eine ausreichende Haftung auch erreicht werden kann, wenn das 3-las-Passivierungsaiittel nur bis zu seir..ex I5r^T-felchungs temperatur aufgeheizt wird.

Sine feuerfeste metallene Stützplatte 132 ist ohmisch leitend mittels eines Bindemittels 134 mit der Emitterschicht 110 verbunden. Das Bindemittel verbindet ferner die Stutzplatte dichtend mit dem keramischen Vorformling. Die feuerfeste metallene otützplatte wird so gewählt, daß ihr Wärmedehnungskoeffizient 55 x 10"'/⁰O oder weniger beträgt. So kann die Stützplatte aus Wolfram ocier Molybdän bestehen. Der geringe Wärmedehnungskoeffizient begrenzt, die Ifärmespannungen, denen das Halbleiterelement durch die Stützplatte ausgesetzt wird. Das Bindemittel enthält Hart- oder Jeichlot und kann aus einer oder mehreren Schichten gleicher od-er unterschiedlicher Zusammensetzung bestehen. In bevorzugter Ausfübrungsform werden das Silizium-Halbleiterelement und der keramische Vorformling zuerst mit

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einer oder mehreren Konfektschichten versehen, um das Anlöten an diesen Flächen zu erleichtern. Eine ringförmige Stützplatten 136, die aus einem feuerfesten Metall mit einem Wärmedehnungskoeffizienten von 55 χ 10"'/⁰O oder darunter bestehen kann, liegt, ähnlich wie die Stützplatte 132 über der ersten Kontaktfläche außerhalb der Grenzschicht 112» Sie erstreckt sich über den keramischen Vorformling seitlich nach außen. Ein Bindemittel 133, das mit dem Bindemittel 134 identisch sein kann, dient zur ühn'sehen Verbindung der Stützplatte 135 mit dem keramischen Vorformling. Die ringförmige Stützplatte 136 enthält eine Mittelöffnung 140,

P durch die das Gate zum Halbleiterelement herangeführt -werden kann. Die Gate-Metallisierung 142 ist mit der ersten Kontaktfläche mittig zur Emitt ex--Grenzschicht 112 verbunden. In die Gate-Metallisierung ist eia Gateanschluß 144 angeschlossen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich in der Mittelöffnung 6ii|dielektrisches Material, das die urenzschicht 112 an ihrer Schnittstelle mit der ersten Kontaktfläche passiviert und die Stützplatte gegen den Gateanschluß abdichtet. Dies ist jedoch von weniger großer Bedeutung, da die Grenzschicht 112 gewöhnlich nicht den durch den Thyristor fließenden Strom sperren muß. Bs kann nämlich jegliche S.tromsperrfunktion der Grenzschicht 112 besser und wirtschaftlicher durch die Grenzschicht 114 durchgeführt werden. Ba für die Grenzschicht 112 kein hoher Schutzpegel

w erforderlich ist, kann ein Schutzmaterial wie Silikonharz oder Lacks Fluorlcohlenstoffharz oder dergleichen verwendet werden. Diese Materialien haften gut und arbeiten zuverlässig als Grenzschicht-Passivierungsmittel, es können aber bis zu einem gewissen Ausmaß Verschmutzungen durch sie hindurchtreten. Anstelle dieser Materialien kann auch ein Glas verwendet werden, dessen Wärmedehnungskoeffizient im wesentlichen zu dem des Silisiumhalbleiterelements paßt» Beispielsweise kann eines der oben erwähnten Oorning-Gläser verwendet werden. Während sich bei derartigem Glas eine undurchdringliche Abdichtung ergibt, die im Betrieb der

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Vorrichtung nicht bricht, kann es doch in gewissem Maße nachteilig auf die Grenzschicht 112 wirken, was jedoch zulässig ist, wenn die Sperreigenschaften für diese Grenzschicht nicht wichtig s ind.

Bei der "bevorzugten Ausführungsform ist ein keramischer Vorformling 145 am Gäteanschluß haftend aufgebracht. Der Gateanschlu.3 kann beispielsweise .an den Vorformling angelötet werden, die äußere Oberfläche des Vorformlings paßt sich mit einem Abstand von weniger als etwa 0,025 mm (1 mil) der ersten Kontaktfläche und der inneren Kante der ringförmigen Stützplatte an. Sin Glas-Passivierungsmittel 143 verbindet den Vorformling mit der Stützplatte und dem Silizium-Halbleiterelement. Das Glas-Passivierungsmittel liegt ferner über der Grenzschicht 112, und zwar an ihrer Schnittstelle mit der Kontaktfläche. Das Glas-Passivierungsmittel und der keramische Vorformling werden vorzugsweise entsprechend den oben im Zusammenhang mit dem keramischen Vorformling und dem Glas-Passivierungsmittel 130 erläuterten Kriterien gewählt.

Die Erfindung wurde zwar anhand eines speziellen Thyristors beschrieben, sie kann jedoch auch bei anderen Anwendungsfällen verwendet werd'en. Beispielsweise ist die Erfindung allgemein bei Silizium-Halbleiterelementen mit mehreren Grenzschichten anwendbar, wenn diese mehrere Umfangskanten enthalten. Wäre in Fig. 1 die Grenzschichnt 112 als einzige ebene Grenzschicht ausgebildet, wie die restlichen Grenzschichten und wäre der Gateanschluß weggelassen, so könnte die Vorrichtung nach Art einer Avalanche- oder Shookley-Diode gesteuert werden. In diesem Fall würde natürlich die Stützplatte 136 normalerweise nicht die öffnung 14O enthalten. Würde in Fig. 1 die Grenzschicht 116 weggelassen, so daß das Halbleiterelement nur einen einzigen Basisbereich enthielte, so wäre die sich dabei ergebende Vorrichtung ein Transistor. Das halbleitende Element 102 kann bei-, spielsweise einen kreisförmigen Querschnitt besitzen, wobei die

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Umfangskanten bzw. -flächen ringförmig sind. Das Halbleiterelement kann ferner aber auch quadratisch, rechteckig, sechseckig sein oder eine andere zweckmäßige mehreckige Gestalt aufweisen. In einem derartigen Fall sind die ümfangskanten polyedrisch. Die vorliegende Erfindung ist daher nicht auf Halbleiterelemente mit einem bestimmten Querschnitt beschränkt.

In Fig. 2 ist eine abgewand&te Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung gezeigt. Gleiche Elemente sind dort mit gleichen Bezugszeichen versehen, eine nähere Be-

W Schreibung erübrigt sich. Der keramische Vorformling 202 unterscheidet sich von dem keramischen Vorformling ί24 dadurch, daß er nur eine einzige Innenfläche 204 aufweist, die der überfläche 122 des Halbleiterelements angepaßt ist. Die Innenfläche 204 befindet sich in einem Abstand von der Fläche 120 des Elements. Der Abstand zwischen den Flächen 204 und 122 ist geringer als etwa 0,025 mm (1 mil). Das Glas-Passivierungsmittel liegt über den gesamten Umfangs-Grenzschichtschnittsteilen und haftet am Vorformling angrenzend an die Elementenfläche 122. Bei dieser Anordnung muß die Oberfläche 122 durch Läppen verhältnismäßig genau ausgeführt werden. Die Ausführungsform ist insbesondere dann vorteilhaft,, wenn ein hoher Schutz- und Stabilisierpegel für die rückwärtige Sperrschicht 114 gewünscht wird. Bei der Ausführungsform

* der Fig. 1 besteht bei Fehlerstellen im Glas-Passivierungsmittel angrenzend an die Sperrschicht 114 die Möglichkeit, das sich in dem Raum zwischen dem Passivierungsmittel und dem Vorformling eine Korona ausbildet. Bei der Ausführungsform der Fig. 2 besteht angrenzend an die Sperrschicht 114 kein derartiger Abstand, obwohl ein ähnlicher Abstand angrenzend an die Sperrschichten 112 und 116 besteht. Ob in einem bestimmten Anwendungsfall die Ausführungsform gemäß Fig. 1 oder die gemäß Fig. 2 verwendet wird, kann von verschiedenen Faktoren abhängen, beispielsweise von der Art und ¥eise, in der die Oberfläche 122 ausgebildet wird, ferner

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davon, ob die Sperrschicht 114 oder die Sperrschicht 115 die höchste statistische Zuverlässigkeit haben soll, ob der 7orforraling 202 gegenüber dem Vorformling 124 kostengünstiger ist.

Patentansprüche

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Claims

G-2819

Γ 1„y Halbleitervorrichtung, g e k e η π ζ e i c Ii η e t ^— durch ein Silizium-Halbleiterelement (102) mit einer ersten (118) und einer zweiten Kontaktfläche (119), die in einem Abstand voneinander angeordnet sind, -wobei sich eine abgeschrägte Umgangskante (120) von der ersten Kontaktfläche (118) erstreckt und eine erste Sperrschicht (112) schneidet, und wobei sich eine zweite Umfangskante (122) von der zweiten Kontaktfläche (119) zu der schrägen Kante (120) erstreckt und

^ eine zweite Sperrschicht (ί t4) ,,schneidet, durch einen das Halbleiterelement (102) umgebenden keramischen Vorformling mit einer einer der Umfangskanten des Elements entsprechenden Oberfläche, die von dieser um weniger als etwa 0,025 mm (1 mil) entfernt ist, wobei der Wärraedehnungskoeffizient des Vorformlings im wesentlichen dem des Silizium-Halbleiterelements (102) entspricht, durch ein Glas-Passivierungsmittel (130), das die eine Umfangskante des Elements mit der dieser angepaßten Fläche des Vorformlings verbindet und ferner über einem Rest der Umfangskanten liegt und von dem Vorformling angrenzend an die restliche Umfangskante in einem Abstand angeordnet ist, wobei das Glas-Passivierungsmittel einen "Järmedehnun gskoeffizienten aufweist, der über dem des Siliziums

ψ und unterhalb 45 χ 10"'/⁰O liegt, eine Aktivierungstemperatur unterhalb der des Vorformlings und eine maximale Stärke von weniger als 0,025 mm hat, und durch Kontakteinrichtungen (132, 135), die mit der ersten und zweiten Kontaktfläche (118, 119) verbunden und mit dem Vorformling dichtend verbunden sind.
2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η nzeichnet , daß das Halbleiterelement aus einem Silizium-Thyristorelement mit vier hintereinander angeordneten Schichten abwechselnd entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps besteht, so daß die Schichten drei Grenzschichten bilden, wobei eine erste äußere Schicht an eine erste Kontaktfläche und die andere Endschicht angrenzend an eine zweite Kontaktfläche liegt.

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3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß mit einem größeren Teil der ersten äußeren Schicht angrenzend an den ersten Kontakt und den Vorformling ein erster stromführender Hauptkontakt verbunden ist, daß mit einer Zwischenschicht des Thyristorele-.ments an da· ersten Kontaktfläche ein Gatekontakt verbunden ist, und zwar an einer Stelle, die von dem ersten stromführenden Hauptkontakt mittels einer Grenzschicht getrennt ist, daß mit der zweiten Kontaktfläche und dem Vorformling an einer Stelle,

lie.gt

die in einem Abstand von dem ersten Kontakt/ein zweiter stromführender Hauptkontakt verbunden ist, und daß zwischen dem Gatekontakt und dem ersten stromführenden Hauptkontakt eine Isolierung vorgesehen ist.
4. Halbleitervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Umfangs leant en (120, 122) ringförmig sind.
5. Halbleitervorrichtung nach einem fer Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Umfangskanten (120, 122) polyedrisch sind.
6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Durchmesser des Silizium-Halbleiterelenmts mehr als etwa 3»5nua (150 mils) beträgt.
7. Halbleitervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Umfangskante des Halbleiterelements^positiv geneigt ist.
8. Halbleitervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die schräge Umfangskante des Halbleiterelements negativ geneigt ist, und zwar um einen Betrag der ausreicht, um den Oberflächen-Feldgradienten der ersten Grenzschicht angrenzend an die Kante zu verringern.

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9. Halbleitervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e Ic e η η ζ e i c h η e' t , daß die geneigte Umfangskante angrenzend an die erste Grenzschi«it negativ geneigt ist, und daß die zweite Unifangs kante angrenzend an die zweite Grenzschicht positiv geneigt ist.
10. Halbleitervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Vorformling Glas enthält.

^
11. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet , daß der Vorformling aus Glas besteht.
12. Halbleitervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Glas-Passivierungsmittel ein Zink-Borsilikatglas ist.
13. Halbleitervorrichtung-dach einen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Kontakte eine feuerfeste metallene Stützplatte (132, 136) umfassen, deren ¥ärmedehnun_gskoeffizient geringer ist als 55 χ 10""'/⁰O.
14. Halbleitervorrichtung nach einen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die eine Umfangskante die geneigte U.-ifan^skante darstellt.

15· Halbleitervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die eine Umfangskante die zweite Umfangskante darstellt.

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