DE2423513A1 - Hochspannungs-leistungstransistor und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Hochspannungs-leistungstransistor und verfahren zu dessen herstellung

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DE2423513A1
DE2423513A1 DE2423513A DE2423513A DE2423513A1 DE 2423513 A1 DE2423513 A1 DE 2423513A1 DE 2423513 A DE2423513 A DE 2423513A DE 2423513 A DE2423513 A DE 2423513A DE 2423513 A1 DE2423513 A1 DE 2423513A1
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Gary Scott Sheldon
Peter Shangder Shen
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General Electric Co
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Description

  • Hochspannungs-Leistungstransistor und Verfahren zu dessen Herstellung Die vorliegende Erfindung betrifft Leistungstransistoren der passivierten Mesa-Art für. Hochspannung sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Leistungstransistoren.
  • Obwohl es bereits bekannt war, Halbleiterelemente mit P/N-Übergangsbereichen herzustellen, die hohe Spannungen von 1400 Volt oder mehr sperren können, schließen die bekannten Verfahren Jedoch üblicherweise eine individuelle Behandlung der Übergänge und ein getrenntes Bearbeiten und Handhaben der einzelnen Elemente in einem Ausmaß ein, das mit Sparsamkeit und dem extremen Kostenwettbewerb bei Leistungstransistoren für hohe Spannung für moderne Verbraucher und industrielle Anwendungen nicht vereinbar ist. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die gleichzeitige Herstellung vieler Leistungstransistoren aus einer einzigen Halbleiterscheibe bei gleichzeitigem Erreichen hervorragender Sperrspannungseigenschaften. Zu diesem Zweck schafft die vorliegende Erfindung nach einer Ausführungsform eine Halbleiterverbundstruktur, die eine Vielzahl von Leistungstransistoren bildet und eine Übergangsscheibe aus einkristallinem Silizium umfaßt, die übereinander angeordnet, eine äußere Kollektorschicht relativ geringen spezifischen Widerstandes, die die untere Hauptfläche der genannten Übergangsscheibe definiert, eine innere Kollektorschicht mit relativ hohem spezifischen Widerstand, die auf der äußeren Kollektorschicht liegt, eine Basisschicht, die auf der inneren Kollektorschicht liegt, und dazwischen einen Basis-Kollektor-P/N-übergangsbereich definiert und eine Anordnung im Abstand voneinander befindlicher Emitterbereiche auf der genannten Basisschicht enthält, die mit der äußeren Oberfläche der Basisschicht die obere Hauptfläche der Übergangsscheibe bilden, ferner umfaßt die Verbundstruktur eine Silizium-Trägerscheibe zum Abstützen und Verstärken der Ubergangsscheibe, eine metallische Legierungsbindung zwischen der unteren Hauptfläche der Übergangsscheibe und der oberen Hauptfläche der Trägerscheibe, eine Vielzahl von Rillen in der oberen Hauptfläche der Übergangsschebe zwischen deren Emitterbereichen, die eine Tiefe haben, die sich bis in die äußere Kollektorschicht hinein erstreckt, wobei die Rillen Mesas in der genannten Übergangsscheibe definieren, und Jeder der Mesas einen Teil der äußeren Kollektorschicht einschließt, der bedeckt ist von einem Teil der inneren Kollektorschicht und daran einen Teil der Basisschicht und einen Emitterbereich aufweist.
  • Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen: Fig. 1 einen vergrößerten Teilquerschnitt einer Form einer Halbleiterscheibe, die als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Transistoren nach der vorliegenden Erfindung geeignet ist, Fig. 2, 3, 4 Ansichten ähnlich der Fig. 1, mit aufeinanderfolgenden Zwischenstufen des Verfahrens zur Herstellung von Transistoren nach der vorliegenden Erfindung, Fig. 5 eine Ansicht ähnlich Fig. 4, mit einer noch späteren Zwischenstufe bei der Herstellung von Transistoren nach der vorliegenden Erfindung und Fig. 6, 7, 8 Ansichten ähnlich der Figur 5 mit aufeinanderfolgenden weiteren Stufen des Herstellungsverfahrens der vorliegenden Erfindung.
  • In Fig. 1 ist ein für Leistungstransistoren nach der vorliegenden erfindung geeignetes Ausgangsmaterial in Form einer Scheibe 2 aus Halbleitermaterial, wie einkristallinem Silizium, gezeigt, das entweder nach dem Schwebezonenverfahren oder nach dem Czochralski-Verfahren erhalten wurde und entweder eine N-Verunreinigung für die Herstellung von NPN-Transistoren oder eine P-Verunreinigung für die Herstellung von PNP-Transistoren enthält. Die nachfolgende detaillierte Beschreibung bezieht sich beispielsweise auf die Herstellung von Transistoren des NPN-Typs und daher enthält die gezeigte Scheibe 2 eine N-Verunreinigung.
  • Die Scheibe 2 kann z. B. eine Dicke von etwa 0,25 mm (entsprechend 10 mils) und einen Durchmesser von z. B. etwa 5 - 7,5 cm (entsprechend 2 - 3 Zoll) haben. Diese Ausgangsscheibe 2 wird in dieser Anmeldung gelegentlich als Übergangsscheibe bezeichnet, da es beabsichtigt ist, daß sie schließlich die entsprechenden * -Ubergangsbereiche einer Vielzahl einzelner Transistoren, die darin geformt und daraus durch Zerteilen hergestellt werden sollen, enthält. Die Übergangsscheibe 2 kann einen spezifischen Ausgangswiderstand von z. B. vorzugsweise 50 - 100 Ohm-cm haben. Bei der Herstellung von- Transistoren nach der vorliegenden Erfindung wird in die Scheibe 2 nach dem Läppen und Reinigen nach bekannten Techniken eine geeignete, N-LeitfShigkeit verursachende Verunreinigung, wie Phosphor, eindiffundiert, um eine äußere Kollektorschicht 4 mit N+-LeitfShigkeit an einer ihrer Haupt flächen zu bilden. Während der Bildung der N+-Schicht 4 kann die Scheibe mit einer dünnen Siliziumdio.yd-Schicht bedeckt werden, wie sie in der Zeichnung als Schicht 6 gezeigt ist.
  • Um eine unerwünschte Verformung der Scheibe 2 durch Verwerfen oder ähnlichem auszuschließen, kann eine symmetrische zweite N+-Schicht, die nicht dargestellt ist, äquivalent zur Schicht 4 gleichzeitig in der Hauptfläche der Scheibe, die von der Schicht 4 abgewandt ist, gebiet werden und danach kann diese zweite N+-Sc-hicht z. B. durch Läppen, unter Zurücklassen der N+-Schicht 4 entfernt werden. Wie im nachfolgenden noch klarer wird, soll die N+-Schicht 4 einen Bereich relativ geringen spezifischen Widerstandes schaffen, nur einen Teil der Gesamtdicke des Kollektorteils Jedes fertigen Transistors bildet, der schließlich durch Unterteilung der Scheibe 2 daraus gebildet wird. Die obere Grenze für die Dicke der Schicht 4 ist bestimmt durch das Ausmaß, in dem sie in unerwünschter Weise die Sättigungsspannung des Kollektors des Transistors erhöht, sowie dadurch, wie tief sie diffundiert werden kann, was nach praktischen Gesichtspunkten nicht mehr als etwa 0,1 mm (entsprechend 4 mils) beträgt. -Die Schicht 4 hat daher vorzugsweise eine Dicke von etwa 0,05 bis 0,075 mm (entsprechend 2 - 3 mils) und eine Netto-Verunreinigungskonzentration an ihrer unbedeckten Oberfläche, welche die untere Hauptfläche der Scheibe 2 ist, von etwa 1019 1019 Verunreinigungsatomen/cm3.
  • Um den Basisbereich für Jeden der schließlich aus der-Scheibe 2 zu bildenden Transistoren zu schaffen, wird als nächstes eine Schicht 10 relativ hoher Verunreinigungskonzentration und mit zu dem der Scheibe 2 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp in der Hauptfläche der Scheibe 2 geschaffen, die von der Schicht 4 abgewandt ist. Weist die Scheibe 2, wie die gezeigte, eine N-Leitfähigkeit auf, dann kann.die Schicht 10 z. B. durch Eindiffundieren einer geeigneten, P-Leitfähigkeit bedingenden Verunreinigung wie Bor in die freigelegte Fläche der Scheibe 2 gebildet werden. Die P+-Schicht 10 hat eine Dicke von vorzugsweise etwa 0,025 - 0>037 mm (entsprechend 1 - 1,5 mils) und eine Netto-Verunreinigungskonzentration an der Oberfläche von etwa 1018 Verunreinigungsatomen/cm³. Der Teil der Schicht 2 zwischen der äußeren Kollektorschicht 4 und der Basisschicht 10 bildet eine innere Kollektorschicht 12 und zusammen mit der Basis schicht 10 einen Kollektor-Basis-P/N-Übergangsbereich 14. Der Abstand zwischen der äußeren Kollektorschicht 4 und der Basisschicht 10 ist so eingestellt, daß die innere Kollektorschicht 12 gerade dick genug ist, um die erforderliche Kollektorspannung und die erforderliche Ausbreitung der Raumladung darin, zu tragen, während sie sowohl einen unerwünschten Anstieg der Transistor-VcE und einen nach-SAT teiligen Abfall der Stromhandhabungsfähigkeit der aus der Scheibe 2 zu bildenden Transistoren vermeidet.
  • Geeignete Emitterbereiche 16 von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp zur Basisschicht 10 für die entsprechenden Transistoren, die die Emitter-Basis-P/N-übergangsbereiche/bilden, werden dann in den unbedeckten Oberflächenteil der Schicht 10 eingebracht, z. B.
  • durch Aufbringen einer üblichen Oxydmaske 20, wie sie am besten in Fig. 4 gezeigt ist, gefolgt von einer fotolithografischen Bildung der der Verunreinigung auszusetzenden Fenster 22 in der Maske 20 und der Diffusion der Verunreinigungssubstanz durch die Fenster der Maske, wobei all dies nach bekannten Verfahren stattfindet. Die Dicke, d. h die Tiefe der Emitterbereiche 16 beträgt vorzugsweise etwa 0,015 mm (entsprechend 0,6 mil), während der Abstand von Emitterzentrum zu Emitterzentrum in der Scheibe 2 von der Größe und der Stromnennleistung der aus der Scheibe 2 herzustellenden Transistoren abhängt, und dieser Abstand kann z. B. 4,564 mm (entsprechend 180 mils) für Transistoren mit 5 Amp-ere Kollektorstrom und 1400 Volt VcBO-Nennspannung betragen.
  • Obwohl dies aus den Vertikalschnitten der Zeichnung nicht klar hervorgeht, sind die Emitterbereiche 16 vorzugsweise so gestaltet, daß sie in Draufsicht die übliche ineinandergreifende (interdigitated) oder äquivalente Emitter- und Basis-Außenlinie ergeben.
  • Die Netto-Oberflächenverunreinigungskonzentration der Emitter 16 beträgt vorzugsweise etwa 7 x 1019 Verunreinigungsatome/cm3.
  • Nach der Bildung der äußeren N+-Kollektorschicht 4, der P+-Basisschicht 10 und der verschiedenes ++-Emitterbereiche 16 in der oben Desonrlebenen Weise in der Scheioe 2 hat die Struktur das in Fig. 4 gezeigte Aussehen. Nach der vorliegenden Erfindung wird die Übergangsscheibe 2 dann speziell verstärkt, um die weitere bearbeitung und Handhabung zu erleichtern, indem man die Übergangsschicht 2 auf ein Halbleitersubstrat oder eine Trägerscheibe 24 aufbringt, die vorzugsweise einkristallines Halbleitermaterial der gleichen chemischen Zusammensetzung wie die Scheibe 2 ist.
  • Die Trägerscheibe 24 hat vorzugsweise eine der ursprünglichen Dicke der Scheibe 2 etwa gleiche Dicke und sie dient sowohl als mechanische Stütze für die Übergangsscheibe 2, als auch um sie für die weitere Bearbeitung und Handhabung mit minimaler Beschädigung oder Verlusten, wie nachfolgend näher beschrieben wird, zu verstärken. Da die verschiedenen Teile der Trägerscheibe 24 dafür vorgesehen sind, auf Dauer physisch mit den unteren Teilen der Kollektorbereiche der einzelnen Transistoren der Scheibe 2 verbunden zu sein, um ein unerwünschtes Ansteigen der Kollektor-Sättigungsspannung auszuschließen, hat die Trägerscheibe 24 vorzugsweise einen sehr geringen spezifischen Widerstand von z. B. 0,001 Ohm-cm, und diese Trägerscheibe kann N- oder P-Verunreinigung aufweisen.
  • Um das Anbringen der Trägerscheibe 24 an der Übergangsscheibe 2 zu erreichen, ist die eine Haupt fläche der Trägerscheibe 24 mit einer metallischen Bindebeschichtung 26 aus einem Metall oder einer Metallmischung versehen, die leicht mit dem Halbleitermaterial sowohl der Trägerscheibe 24 als auch der Obergangsscheibe 2 legiert oder verschmolzen werden kann. Die Auswahl eines geeigneten Bindemetalles wird dadurch bestimmt, daß die eutektische Temperatur des Bindemetalles 26 und des Halbleitermaterials der Scheiben 2 und 4 die Diffusionstemperatur der die Leitfähigkeit bestimmenden Verunreinigungen in den Schichten 4 und 10 nicht überst-eigen und auch nicht beträchtlich geringer sein darf, als die Temperaturen, die bei den im nachfolgenden näher zu beschreibenden Schritten zum Aufbringen einer Passivierung nötig sind. Wenn das Halbleitermaterial der Scheiben 2 und 14 Silizium ist, dann schließen geeignete Bindemetalle für die Schicht 26 Silber, Palladium, Aluminium und Legierungen oder Mischungen mit solchen Metallen ein, und ein bevorzugtes Metall für diesen Zweck ist Aluminium. Die Schicht 26 kann in Jeder gewünschten Weise auf die Trägerscheibe 24 aufgebracht werden, wie durch Bedampfen, und sie sollte vorzugsweise wie in Fig. 5, eine Dicke von etwa 0,010 mm (entsprechend 0,4 mils) haben. Wenn gewünscht, obwohl dies nicht notwendig ist, kann eine ähnliche Schicht auf die untere Fläche der Scheibe 2 aufgebracht sein, die durch Entfernung der Oxydschicht 6 freigelegt wurde.
  • Beim Verbinden der Scheibe 2 mit der Scheibe 24 wird die Scheibe 2 auf der mit Bindemetall beschichteten Haupt fläche der Trägerscheibe 24 angeordnet, wobei die Schicht 4 benachbart der Beschichtung 26 liegt, und die Scheiben werden vorzugsweise durch ein Gewicht oder etwas Ahnliches zusammengepreßt, das einen Druck von etwa 0,07 kp/cm2 (entsprechend 1 US-Pfund/Zoll2) ausübt. Die übereinander angeordneten Scheiben werden dann für eine Dauer von etwa 20 Minuten einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von etwa 700°C unterworfen, z. B. in einem Tunnelofen. Die Wärmebehandlung schmilzt die Beschichtung 26 und bildet zwischen den einander gegenüberliegenden Hauptflächen der Scheiben 2 und 24 einen Legierungsbereich 28, der im wesentlichen aus einer geschmolzenen Mischung des Halbleitermaterials und des oder der Metalle der Beschichtung 26 besteht. In Abhängigkeit vom Ausmaß, in dem die Beschichtung 26 die Scheiben 2 und 24 während dieser Wärmeschmelzbehandlung auflöst, kann ein Teil der Dicke der ursprünglichen Beschichtung 26 zwischen getrennten entsprechenden begierungsschichten 28' und 28" in den Scheiben 2 und 24 zurückbleiben, wie in Fig. 6 gezeigt, oder es kann die gesamte Beschichtung 26 in dem Halbleitermaterial unter Bildung nur eines einschichtigen oder einheitlichen Legierungsbereiches 28 aufgelöst werden, In jedem Falle verbindet der Legierungsbereich 28 die beiden Siliziumscheiben 2 und 24 dauerhaft und gleichmäßig über die Fläche ihrer einander gegenüberstehenden Hauptflächen durch eine Bindung mit gewünscht geringem elektrischem und thermischem Widerstand.
  • Im Anschluß an das Aufbringen der Übergangsscheibe 2 an der Trägerscheibe 24 wird die erhaltene Schichtstruktur zur teilweisen Unterteilung der Scheibe 2 in einzelne Transistorbereiche in der im folgenden beschriebenen Art behandelt. Zu diesem Zweck wird, wie in den Figuren 6 und 7 gezeigt, die unbedeckte Hauptfläche der Diffusionsscheibe 2 mit einer geeigneten, dem Ätzen widerstehenden Schicht (etch resist) 32> wie einer Maske aus Apiezon oder einem anderen geeigneten Wachs, beschichtet, die ein solches Muster hat, daß Straßen 34 gebildet werden, die die Siliziumoxydmaske 20 an Stellen zwischen benachbarten Emitterbereichen 16 unbedeckt lassen. Die unbedeckten Teile des Oxyds 20 und die darunterliegenden Teile der Scheibe 2 werden dann unter Bildung von Rillen 36 geätzt. Geeignete Atzmittel für das Oxyd und das darunterliegende Halbleitermaterial sind bekannt. Zum Beispiel ist verdünnte Fluorwasserstoffsäure geeignet für das Ätzen durch das Oxyd 20, und wenn das darunterliegende Material Silizium ist, dann ist ein Standardansatz, wie CP6, oder eine andere übliche Siliziumätzmischung aus Fluorwasserstoff und Salpetersäure zufriedenstellend. Als Ergebnis ihrer Bildung durch Ätzen sind die Rillen 36 im Querschnitt etwa zugespitzt und sie weisen nach außen und leicht nach oben konkave Seitenwände auf, wie am besten in Fig. 7 ersichtlich. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Rillen 36 bis zu einer Tiefe geätzt, die sich fast über den ganzen Weg durch die Übergangsscheibe 2 erstreckt, so daß der Boden Jeder Rille 36 auf einem Teil des Weges durch die Schicht 4 liegt und nur einen Teil der Schicht 4 in einer'Dicke von etwa 0,025 bis 0,050 mm (entsprechend 1 - 2 mils) ungeätzt läßt, der ausreicht, die Rillenböden von dem Legierungsbereichtzu trennen und leicht gegen ihn zu isolieren. Obwohl die Rillen 36 fast den gesamten Weg durch die Scheibe 2 geätzt sind, so daß die ungeätzten Teile der Scheibe 2 unterhalb der Rillen 36 allein nicht in der Lage wären, die Scheibe 2 bei der weiteren Bearbeitung und Handhabung zusammenzuhalten, bietet Jedoch die Trägerscheibe 24 eine wirksame Abstützung für die Scheibe 2 und die gesamte Verbundstruktur und hält die verbleibenden Teile der Scheibe 2 in der gewünschten Relation für die weitere nachfolgend beschriebene Behandlung.
  • Die Rillen 36 legen Seitenwände der entsprechenden, mesagestalteten Bereiche 40 in der Übergangsscheibe 2 frei, wobei Jeder dieser Mesabereiche 40 schließlich einen Teil eines einzelnen Transistors bilden soll, wenn dersiLchtartige Verbund der Scheiben 2 und 24 in der nachfolgend beschriebenen Weise vollständig unterteilt ist. Die Rillen 36 legen in Jedem solchen Mesa 40 sowohl die Peripherie der Grenzfläche zwischen der inneren Kollektorschicht 12 und der äußeren Kollektorschicht 4 als auch die Peripherie des P/N-übergangsbereiches zwischen der Basisschicht 10 und der Schicht 2 frei. Der Abstand zwischen dem Boden Jeder Rille 36 und dem Legierungsbereich 28 hindert das Ätzmittel, die Mesa-Seitenwände während der Bildung der Rillen wieder zu plattieren (back-plating) oder in anderer unerwünschter Weise zu verunreinigen.
  • Ein dauerhafter Schutz, eine Abdichtung und Passivierung der Seitenwände der einzelnen Mesas 40 einschließlich der freigelegten Peripherie jedes einzelnen Kollektor-Basis-Übergangsbereiches 14 und der Peripherie der freigelegten Grenzfläche zwischen Schicht 2 und Schicht 4 in Jedem Mesa wird dann durch das Aufbringen einer relativ dicken Beschichtung oder Schicht 44 aus aus einem Glas-Passivierungsmittel auf Jede Mesa-Seitenwand geschaffen. Nach der vorliegenden Erfindung werden zum Zwecke der optimalen Gleichförmigkeit und Wirtschaftlichkeit alle Mesas gleichzeitig mit dem Passivierungsmittel 44 beschichtet, bevor die Unterteilung der Scheibe erfolgt. Ein beispielhaftes Verfahren zum Aufbringen des Gias-Passivierungsittels, das geeignet ist zum gleichzeitigen Aufbringen einer passivierenden Glasschicht auf alle einzelnen Mesas einer Sc eibe, ist das elektrophoretische Verfahren zum Aufbringen von Glas, das in der eigenen US-PS 3 642 597 beschrieben ist. Kurz gesagt ist in dieser PS ein Verfahren beschrieben, in dem ein passivierendes Glas geeigneter Zusammensetzung mit einer dielektrischen Festigkeit von mindestens 100 - 500 Volt pro 0,025 mm (entsprechend 1 mil) und darüber und mit einem Isolationswiderstand von mindestens 1010 Ohm-cm sowie einem geeigneten thermischen Koeffizienten in Form feiner Teilchen in einem Flüssigkeitsbad suspendiert und elektrophoretisch auf ausgewählte Zieloberflächen eines in das Bad eingetauchten Substrates aufgebracht wird. Nachdem die elektrophoretische Glasbeschichtung niedergeschlagen ist, wird sie luftgetrocknet und geglüht, um die Teilchen zu einer aneinander haftenden, nichtteilchenförmigen Masse. zu verschmelzen, wie dies im einzelnen in der US-PS 3 642 597 beschrieben ist.
  • Nach dem Beschichten der Seitenwände der Rillen 36 mit dem Glas-Passivierungsmittel 44 werden die Fenster für Emitter- und Basis-Kontaktifotolithografisch in die Siliziumoxyd-Maskierungsschicht 20 auf Jeden einzelnen Transistor-Mesabereich eingestrahlt und ein Emitterkontakt 50 und ein Basiskontakt 52 werden nach bekannten Verfahren auf Jedem Mesabereich angebracht. Wenn das Halbleitermaterial der Scheibe 2 Silizium ist, können solche Emitter- und Basiskontakte z. B. aus Aluminium bestehen, das aufgedanipft oder in anderer Weise bis zu einer Dicke von etwa 0,01 mm (entsprechend 0,2 mils) aufgebracht ist. Die äußere Hauptfläche der Trägerscheibe 24 wird dann mit einer geeigneten Kollektorkontakt-Metallisierung 56 verstehen, die z. B. aus Silber über Nickel über Chrom bestehen kann und z. B. nach bekannten Verdampfungsverfahren aufgebracht sein kann. Die erhaltene Verbundstruktur, die am besten in Fig. 8 gezeigt ist, wird dann entlang den Trennflächen 62 in die einzelnen Leistungstransistor-Pellets unterteilt, z. B. durch Sägen unter Verwendung einer Luftschlämmung (slurry sawing) durch den Glasbereich 44, benachbart dem Boden Jeder Rille 36 und den darunterliegenden Teil der Trägerscheibe 24.
  • Die einzelnen Transistor -Pellets können dann, wenn es gewünscht ist, mit geeigneten äußeren Zuleitungen, die nicht dargestellt sind, versehen und in ein Schutzgehäuse eingeschlossen werden, wie in konventionelle hermetische Metallverpackungen mit relativ steifen äußeren Zuleitungen oder eine Kunststoffverkapselung oder eine andere Schutzverkleidung, Je nach Wunsch.
  • Die Transistoren sowie deren Herstellung nach der vorliegenden Erfindung haben eine Reihe von Vorteilen. Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich, dient die Trägerscheibe 24 dazu, die einzelnen Transistor-Mesabereiche 50 während und nach dem Atzen der Rillen 36 zusammenzuhalten, obwohl die Rillen so tief in die Übergangsscheibe 2 eingeätzt sind, daß der verbleibende ungeätzte Teil der Schicht 4 der Scheibe 2 zu dünn und zu zerbrechlich wäre, um ein Handhaben und Bearbeiten der Scheibe 2 allein zu gestatten.
  • Die Schicht 4 mit einer relativ hohen Verunreinigungskonzentration schließt Jede Möglichkeit aus, daß das Bindemetall 26 oder der Legierungsbereich 28 in unerwünschter Weise den Leitfähigkeitstyp der Kollektorbereiche des Transistors modifizieren. Die Trägerschicht 24, obwohl von geringem elektrischem spezifischem Widerstand, damit sie nur einen unbedeutenden Einfluß auf VCESAT hat, bildet eine gute thermische Angleichung mit der Übergangsscheibe 2, so daß nur minimale thermisch bedingte Belastungen während des Bearbeitens auftreten und wirkt auch als Belastungspuffer zwischen der Übergangsscheibe 2 und irgendeinem metallischen Teil, an-dem die untere Fläche der Scheibe 24 schließlich montiert wird. Obwohl die Trägerscheibe 24 während der Unterteilung leicht -entlang den Stellen 62 aufgeteilt werden kann, erleichtert die Verstärkung und Stützung, die sie für die über gangsscheibe 2 darstellt, die gleichzeitige Bad-Passivierung aller esabereiche 40 der einzelnen Transistoren vor der Unterteilung und bietet damit die Vorteile der gleichmäßigen Bearbeitung, hoher Ausbeuten und minimaler Kosten. Darüber hinaus können die einzelnen Transistoren vor der Unterteilung der zusammengesetzten Scheibenstruktur oder der Einkapselung einzeln elektrisch getestet werden. Durch die vorliegende Erfindung wird daher ein verbessertes Herstellungsverfahren für Leistungstransistoren geschaffen, und das erhaltene Produkt, in dem dauerhaft glaspassivierte Übergangsbereiche hervorragender Sperrspannungseigenschaften (Kollektor-Bast-Durchbruchsspannungen von bis zu 1400 Volt ode. mehr) leicht erhalten werden, weist die ökonomischen und kostenverringernden Vorteile der vollständigen Herstellung und Bearbeitung der Transistoren in Scheibenform auf. Das Ergebnis ist ein Leistungstransistor hervorragender Leistungsfähigkeit, dessen Kosten den Erfordernissen des Verbrauchers und der industriellen Anwender angemessen sind.

Claims (8)

  1. Ansprüche
    Halbleiter-Verbundstruktur, die eine Vielzahl von Leistungstransistoren bildet, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Scheibe (2) aus monokristallinem Silizium, die übereinander angeordnet eine äußere Kollektorschicht (4) mit relativ geringem spezifischem Widerstand enthält, wobei diese Schicht die untere Hauptfläche der Scheibe (2) bildet, eine innere Kollektorschicht (12) mit relativ hohem spezifischem Widerstand, die auf der äußeren Kollektorschicht (4) angeordnet ist, eine Basisschicht (10), die auf der inneren Kollektorschicht (12) angeordnet ist und zusammen damit einen Basis-Kollektor-P/N-Übergangsbereich (14) bildet, und eine Reihe im Abstand voneinander befindlicher Emitterbereiche (16) auf der Basisschicht (10), die mit der unbedeckten Oberfläche der Basisschicht die obere Hauptfläche der Scheibe (2) bilden, eine Silizium-Trägerscheibe (24) zum Stützen und Verstärken der Scheibe (2), eine metallische Legierungsbindung (28, 28" 28") zwischen der unteren Hauptfläche der Scheibe (2) und der oberen Hauptfläche der Trägerscheibe (24), eine Vielzahl von Rillen (36) in der oberen Hauptfläche der Scheibe (2) zwischen den Emitterbereichen (16), wobei die Rillen (36) eine Tiefe aufweisen, die sich bis durch einen Teil der äußeren Kollektorschicht (4) erstreckt, und die Rillen (36) Mesas (40) in der Scheibe (2) bilden, wobei Jedes der Mesas (40) einen Teil der äußeren Kollektorschicht (4) einschließt, die von einem Teil der inneren Kollektorschicht (12) bedeckt ist, auf der ein Teil der Basisschicht (10) und ein Emitterbereich (16) angeordnet sind.
  2. 2. Halbleterstruktur nach Anspruch 1, weiter g e k e n n -z e i c h ne t d u r c h eine Beschichtung (44) aus einem passivierenden Glasmaterial auf den Seitenwänden und unteren Teilen der Rillen (36), welche die freien Kanten der Grenzfläche (14) zwischen dem Basisbereich (10) und dem inneren Kollektorbereich (12) in Jedem Mesa (40) sowie dem inneren Kollektorbereich (12) und äußeren Kollektorbereich (4) in Jedem Mesa (40) bedecken, wobei die verbundenen Scheiben (2, 24) an Trennflächen (62), die sich im allgemeinen senkrecht zu den Hauptflächen der Scheiben (2, 24) durch die Böden der Rillen (36) erstrecken, in einzelne Transistor-Pellets unterteilt werden können.
  3. 3. Halbleiterstruktur nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sich die Silizium-Trägerscheibe (24) und die metallische Legierungsbindung (28) im wesentlichen über die gleiche Fläche erstrecken wie die Scheibe (2).
  4. 4. Verfahren zum Herstellen der Leistungstransistoren nach einem der Ansprüche-1 bis 3, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die folgenden Stufen: Schaffen einer Scheibe (2) aus Halbleitermaterial, die eine an der unteren Hauptfläche der Scheibe (2) unbedeckte Kollektorschicnt (4) enthält, Anordnen der Scheibe (2) auf einer Trägerscheibe (24? aus Halbleitermaterial, wobei die untere Hauptfläche der Scheibe (2) der oberen Hauptfläche der Trägerscheibe (24) gegenüberliegt, Verbinden der beiden gegenüberliegenden Hauptflächen der Scheibe (2) und der Trägerscheibe(24), Bilden einer Reihe von Rillen (36) in der oberen Haupt fläche der Scheibe (2), deren Tiefe sich bis durch einen Teil der Kollektorschicht (4) erstreckt und die eine Vielzahl von Mesas (40) in der Scheibe (2) bilden, wobei jedes der Mesas (40) einen Teil der Scheibe (2) einschließt.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß man eine Beschichtung (44) aus passivierendem Material auf die Seitenwände und Böden der Rillen (36) aufbringt.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß man die übereinander angeordneten Scheiben (2, 24) an Trennflächen (62), die sich im allgemeinen senkrecht zu den Haupt flächen der Scheiben durch die Böden der Rillen (36) erstrecken, unterteilt.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 - 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Rillen (36) durch Ätzen gebildet werden, wobei die Seitenwände der durch die Rillen (36) gebildeten Mesas (40) nach außen und oben konkav verlaufen.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 - 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen der Scheibe (2) und der Trägerscheibe (24) eine Bindeschicht (26) angeordnet ist und daß diese Bindeschicht thermisch behandelt wird, um eine die gegenüberliegenden Hauptflächen der genannten Scheiben vereinigende Bindung (28) zu bilden.
DE2423513A 1974-05-15 1974-05-15 Hochspannungs-leistungstransistor und verfahren zu dessen herstellung Pending DE2423513A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE2930460A1 (de) * 1979-07-27 1981-01-29 Licentia Gmbh Halbleiterbauelement

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