DE2353803A1 - Halbleitervorrichtung mit hohem waermeabfuhrvermoegen - Google Patents
Halbleitervorrichtung mit hohem waermeabfuhrvermoegenInfo
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Description
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Bonlc: Deutsche Bank, München '66/0500O
THOMSON' -~ CSF
173," Bd." itäüssmänn'
173," Bd." itäüssmänn'
Halbleitervorrichtung mit hohem V7ärmeabfuhrvermögen
Die i^findün^ ll^Ät auf dem" Gebiet der
und betrifft die" Ä^sbllduhg" von Strukturen/ die^ ein" Öptialaies
Abführen der Wärmeenergie ermöglichen,";die dÜrcEdeh Durchgang
der §tröiüe durch d:ie^ Vorriöatungen: freigesetzt worden
ist. Die Kontdcteteilen; haben oft. heben" ihrer thermlscheh
Rop-e die .elektrische Rolle des Änschlu'sse's der aKtlv'en
Bereiche der Halbleitervorrichtungen an den Verbräücherkr^iseh,:
wobei diea0öpßeirolle, die; gie;spielen>
dazu- führt; daß ■-■·". sie gieichzeitig mit den. Kühlkörpern.und mit^ den no tweridigen .
Anschlüssen-über. Verbindungen mit kleinem; War me" Wider stand
und kleinem elelctrischen Widerstand verbünden werden. .
Während die Ausbildung dieser Verbindungen verhältriismässig .
einfach ist, wenn es: sich um Vorrichtungen ■ Mt den in der .
Praxis üblicherweise angetroffehen Dimensioheh handelt,
4ÖSöis/084B
GRiGtHAL iNSPEOTED
wobei dann die Verbindungen im allgem'eineh.durch die Anwendung
von ""Weichlot" hergestellt werden, das- in einer dicken Schicht
direkt- auf den Eontaktbereichen aufgebracht und geschmolzen
wird:, erweist sie sich als schwierig;■ oder' sogarunmöglich,
wenn die Abmessungen der Elemente abnehmen;: der Einfluß von örtlichen UnregelmässigkeltenderAufträge und der
Bereiche, auf denen d-ie Kontakte ausgebildet· werden sollen,
nimmt' dem Relativwert nach zuv wodurch die Möglichkeit
der Ausbildung eines" elektrischen Kontaktes durch einen
mit "guterZuverlässigkeit angelöteteh: Draht oder eines
Kontaktes durch einen' metallischen Auftrag: ausreichender
Dicke beeinträchtigt: wird:. Der* Einfluß dieser Verringerung
der Abmessungen ist insbesondere im Fall von Leistungs-Hälbleitervorrichtmigen
des ebenen Typs merklich, bei denen zu dem' Zweck, gleichzeitig eine hohe abführbare
Wärmeverlustleistung^ und elhe; hohe GrenzfreqUenz zu
erzielen, für bestimmte? auf einer Flache des Drahts-liegende Bereiche anstelle einer einheitliehen Struktur .
eine unterteilte Struktur angewendet wird, bei der Elemente
parallel geschaltet werden, die eine Elektrode mit gleicher
Funktion darstellen;■■ dies ist beispielsweise bei Mehrf acb>
emitter-LeistüngsträTisistoren oder auch bei Mehrfäehkatodea-Thyristoren
der Fall. ■
Das Ziel der Erfindung ist die.Schaffuhg von Öalbleitefvorrichtungenv
welche die zuvor angegebenen Nachteile
nicht aufweisen. Das Prinzip der Erfindung besteht darin,
daß auf den Halbleitervorrichtungen, die in Form eines
dicken Auftrags von amorphem Metall oder eines örtlichen
Auftrags von Weichlot ausgebildeten Kontakte durch einkristalline
Kontakte ersetzt werden, die örtlich durch
chemische Zersetzung in einem unter der Bezeichnung Epitaxie bekannten Verfahren gebildet werden; dabei
4098 19/0846
bestehen die Kontakte aus dem gleichen Material wie der
Halbleiterbereich, dessen thermische und.elektrische Verbindung sie bewirken sollen. Dieses Auftragsverfahren
weist bekanntlich besonders vorteilhafte Eigenschaften auf, nämlich eine hohe Auftragsgeschwindigkeit, eine
verhältnismässig geringe Auftragstemperatur, welche die
darunterliegende Halbleiterstruktur nicht beeinträchtigt,. eine
nach Wert und Leitungstyp frei einstellbare elektrische Leitfähigkeit und schliesslich eine sehr präzise
Abgrenzung durch geeignete Maskierung beliebiger Art.
Demzufolge ist nach der Erfindung eine 'Halbleitervorrichtung,
die auf wenigstens einer Fläche eines ebenen"Substrats.eine
zahl von· nebeneinanderliegenden Halbleiterbereichen des einen
bzw. des anderen der beiden Leitungstypen aufweist, wobei die
Bereiche des einen L.eitungstyps erhabene Zonen aufweisen, mit denen sie in elektrischen Kontakt mit äußeren
Schaltungen und in thermischen Kontakt mit. äußeren Kühlkörpern gebracht werden, dadurch gekennzeichnet;, daß ■ ~
die Zonen durch ein epitaktisches Verfahren gebildet sind.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber beschrieben.
Inder Zeichnung zeigen: '. -
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung ^
nach der Erfindung und ; : ■
Fig. 2 eine"- andere Ausführungsform leiter Halbleitervorrichtung
nach der Erfindung*;: r ./"-"■-. - -■"".
Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen: Schnittansicht-, einerstes Ausführungsbeispiel für die Kontakte im Fall eines ..,-,- ,:
Mehrfachemixter-Tränsistors. Dieser auf einem Silicium- -
plättchen gebildete NPIf-Transistor besteht aus einer Kollektorzone
1 des Leitungstyps N, von der ein äusserer Teil 2 zur Verringerung des spezifischen Widerstands bis zum Viert N+
dotiert ist, einer Basiszone 3 vom Leitungstyp P und einer
Anzahl von Emitterzonen nach Art der Zonen 4,5 vom Leitungstyp N. Eine Isolierschicht 20 aus Siliciumoxid, in welcheF
Öffnungen nach Art der Öffnungen 21 vor den Emittern angebracht sind, bedeckt die Basiszone 3. ·
Die Anschlußkontakte am Kollektor und an der Basis sind
einerseits durch eine auf die Außenfläche 8 des Kollektors aufgebrachte Metallschicht 7 gebildet, und andererseits
durch eine Anzahl von Metallstreifen 9, 10, 11, usw.,
die unter der Siliciumoxidschicht angeordnet und am Umfang des Transistors elektrisch miteinander verbunden sind.
Infolge der hohen Temperaturen, denen diese Metallstreifen im Verlauf der Herstellung ausgesetzt Bind, werden sie
vorzugsweise aus einem hochschmelzenden Leitermaterial hergestellt, beispielsweise aus einer Molybdän-Wolfram-Legierung,
die im' übrigen einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizient
wie Silicium hat, und mit einer Schicht - - aus einem Metall bedeckt, das bei einer Temperatur
in der Größenordnung von 1000° nicht reagiert.
Schliesslich werden die elektrischen und thermischen Anschlußkontakte an der Gesamtheit der Emitter durch
erhabene Zonen 12, 13 aus Silicium des Leitungstyps N+
mit kleinem spezifischen Widerstand gebildet. Diese Zonen werden gleichzeitig durch ein epitaktisches Verfahren
hergestellt, das an der Außenseite des Plättchens angewendet wird, die der auf der Kollektorseite liegenden
Außenseite entgegengesetzt ist, und sie haben demzufolge
4098Ί9/0β46
ein Kristallgitter, das eine Fortsetzung des Kristallgitters
der Emitter durch die Öffnungen 21 der Isolierschicht
hindurch darstellt. Die Höhe dieser Zonen kann.'beispielsweise
in der Größenordnung von der Breite eiriss der Emitter
liegen. ·".-. .."
Eine Metallschicht 22, welche die gleiche Funktion und
Aufgabe wie die auf den Kollektor aufgebrachte Metallschicht 7 hat, dient zugleich für den elektrischen Anschluß
mit den ausseren Schaltungen und zur Befestigung ,
der Kühlkörper, wie des Kühlkörpers .'23.für* den Kollektor
und des Kühlkörpers 24 für die'Emitter. Diese Metallschicht kann aus Kupfer,. Molybdäns Wolfram oder ähnlichen
Materialien gebildet sein. .
Die neuartige Struktur mit epitaktisch gebildeten Anschlußkontakten
weist somit gegenüber den bekannten Strukturen mit den'zuvor geschilderten.Anschlußkontakten \
die "Vorteile einer ausgezeichneten geometrischenRegelmäßigkeit.-und einer sehr präzisen Lokalisierung auf, .*
Fig. 2 zeigt in einer.perspektivischen Schnittansicht
ein zweites Ausführungsbeispiel der Änschlußkojatakte«
Dieses Beispiel betrifft den Fall,.,- daß die Emitter sehr
nahe beieinander, liegen, was dazu führt, daß die benach-.
barten Anschlußkontakte 12 und 13 von Fig. 1 sich in .
Form eines einzigen zusammenhängenden epitaktischen Blocks.
30 aneinanderschließen. Als Beispiel für die, Größenordnung kann angegeben werden, daß Jeder Emitter
eine Breite von 30 yum und der-einzige Block 30,eine Dicke,
in,-der "Größenordnung von 50 /um hat,,„,;
0-98
Diese Struktur weist gegenüber derjenigen von Fig. 1 infolge der großen Kontaktfläche 31 des epitaktischen Blocks
30 mit dem Kühlkörper .32, der darauf über die Metallschicht
33 befestigt ist, den Vorteil einer noch besseren Wärmeabfuhr auf.
Es ist auch möglich', die Erfindung gleichzeitig auf den
beiden Hauptflächen des Halbleiterplättchens anzuwenden. Die Erfindung ermöglicht eine ausgezeichnete Wärmeabfuhr
bei Halbleitervorrichtungen mit kleinen Abmessungen, insbesondere vom ebenen Typ. " ~ ■ . -
4Ό381 9/ÖS4&
Claims (10)
- - 7 - ■■ ν.. : ■■" ■■■■-■■ : -Pat ent an sp rucheM Λ Halbleitervorrichtung, die auf -wenigstens einer Fläche eines ebenen Substrats eine Anzahl von nebeneinanderliegenden Halbleiterbereichen des einen bzw. des anderen der beiden Leitungstypen aufweist, wobei die Bereiche des einen Leitungstyps erhabene Zonen aufweisen, mit denen sie in*.elektrischen Kontakt mit äußeren Schaltungen und in thermischen Kontakt mit äußeren Kühlkörpern gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen (12,13;3O) durch ein epitaktisches Verfahren gebildet sind.
- 2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erhabenen Zonen (12,13;30) den gleichen Leitungstyp haben wie die Bereiche (4), auf denen sie gebildet sind. ~
- 3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die erhabenen Zonen (12,13;30) auf der Fläche des Substrats in das Innere der scheinbaren Umrisse der Bereiche (3) des anderen Leitungstyps erstrecken, und daß diese Bereiche (3) mit einer Schicht (20) aus einem elektrisch isolierenden Material bedeckt sind.
- 4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die erhabenen Zonen (12,13) teilweise in das Innere der scheinbaren Umrisse erstrecken und eine Anzahl von getrennten Zonen bilden.
- 5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, daß sich die erhabenen Zonen (30) vollständig4098 1 9-/ 0 84 Bin das Innere der scheinbaren Umrisse erstrecken und eine einzige zusammenhängende Zone bilden.
- 6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erhabenen Zonen (12,13j3O) mit einer elektrisch leitenden Metallschicht (22;33) bedeckt sind.
- 7- Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet; daß die,leitende Metallschicht (22;33) zum Anlöten einer Vorrichtung (24;32) zur Abführung von Wärmeenergie dient.
- 8. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Transistor bildet, bei welchem die Bereiche (4) eines der beiden Leitungstypen die Emitter und die benachbarten Bereiche (3) des anderen Leitungstyps die Basis bilden.
- 9- Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Thyristor darstellt, bei welchem die Bereiche (4) eines der beiden Leitungstypen die Katoden und die benachbarten Bereiche (3) des anderen Leitungstyps die Steuerelektrode bilden.
- 10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie an zwei einander entgegengesetzten Flächen, nämlich an der die erhabenen Zonen tragenden Fläche des ebenen Substrats und an der dieser Fläche gegenüberliegenden Fläche mit einer Wärmeabführungsvorrichtung versehen ist.409819/0846
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| FR7238201A FR2204889B1 (de) | 1972-10-27 | 1972-10-27 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4283733A (en) * | 1975-12-05 | 1981-08-11 | Nippon Electric Co., Ltd. | Semiconductor integrated circuit device including element for monitoring characteristics of the device |
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|---|---|---|---|---|
| ES364975A1 (es) * | 1968-03-22 | 1971-02-16 | Rca Corp | Un dispositivo semiconductor. |
| US3740617A (en) * | 1968-11-20 | 1973-06-19 | Matsushita Electronics Corp | Semiconductor structure and method of manufacturing same |
| CA950130A (en) * | 1971-04-05 | 1974-06-25 | Rca Corporation | Overlay transistor employing highly conductive semiconductor grid and method for making |
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1972
- 1972-10-27 FR FR7238201A patent/FR2204889B1/fr not_active Expired
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- 1973-10-24 BE BE136993A patent/BE806434A/xx unknown
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Also Published As
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| FR2204889A1 (de) | 1974-05-24 |
| BE806434A (fr) | 1974-02-15 |
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| IT994443B (it) | 1975-10-20 |
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