DE2444873A1

DE2444873A1 - Zusammengesetztes halbleiterbauteil und verfahren zur herstellung desselben

Info

Publication number: DE2444873A1
Application number: DE19742444873
Authority: DE
Inventors: Toshio Yao
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1973-09-19
Filing date: 1974-09-19
Publication date: 1975-08-07
Also published as: JPS5245176Y2; US3987478A; DE2444873B2; DE2444873C3; JPS5054972U

Description

Zusammengesetztes Halbleiterbauteil und Verfahren zur Herstellung desselben

Die Erfindung betrifft ein zusammengesetztes Halbleiterbauteil mit einer Vielzahl von Halbleiterelementen in einem gemeinsamen Halbleitersubstrat, welche auf einer Seite einen gemeinsamen Anschluss tragen.

Herkömmliche zusammengesetzte Dioden mit einem zentralen Anschluss werden gewöhnlich unter Verwendung von Diodenpastillen hergestellt. Zum Beispiel werden zwei Diodenpastillen auf ein gemeinsames Metallsubstrat aufgelötet. In diesem Falle ist es erforderlich, vor dem Auflöten der Diodenpastillen auf das Substrat deren Polarität festzustellen, und es ist ferner erforderlich, einen genügenden Zwischenraum zwischen den Pastillen vorzusehen, damit sie aufgelötet werden können. Daher haben diese herkömmlichen Halbleiterbauteile den Nachteil eines grossen Raumbedarfs und eines relativ grossen Metallsubstrats. Mit dieser herkömmlichen Bauart können kompakte Bauteile kaum hergestellt werden.

Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten wurden bereits zusammengesetzte Dioden mit einer Vielzahl von Diodenelementen in einem gemeinsamen Halbleitersubstrat entwickelt. Figur 1 zeigt einen Schnitt durch eine Aus-

S09832/06S2

2U4873

führungsform einer herkömmlichen zusammengesetzten Diode, wobei zwei P-ScMchten 12, 13 in einem Silizium-Einkristallsubstrat 14 vom W-T]Tp ausgebildet sind. Auf diese Weise sind zwei Diodenelemente gebildet, welche gemeinsam mit einer Kathode verbunden sind« Wenn eine solche herkömmliche zusammengesetzte Diode in einer Schaltung gemäss Figur 2 verwendet wird, so beobachtet man eine gegenseitige Störung der beiden Diodenelemente. In dieser Schaltung ist ein erster geschlossener Stromkreis durch eine Gleichstromquelle 15, einen PN-Übergang 16 in einer der beiden Diodenelemente, einen variablen Widerstand 17 und einen Anschluss 18 gebildet«, Durch diesen Stromkreis fliesst der Durchlassstrom Im. Ein weiterer geschlossener Stromkreis ist durch die Gleichstromquelle 15, den PN-Übergang 16, den PN-Übergang 19 und den Anschluss 18 gebildet. Es wird festgestellt, dass in dieser Schaltung ein Sperrstrom Ip durch den zweiten Stromkreis fliesst, und zwar über die PN-Übergänge 16 und 19°

Wenn man nun den Widerstandswert des variablen Widerstandes 17 ändert, so ändert sich auch der DurcMLassstrom I₁«, Es wird jedoch ferner festgestellt, dass sich auch der Sperrstrom Ip ändert. Figur 3 zeigt die Beziehung zwischen dem Durchgangsstrom I^ und dem Sperrstrom 1«, wobei der Sperrstrom 1«, welcher durch den PN-Übergang 19 fliesst, auf der Ordinate aufgetragen ist und wobei der Durchlasstrom I^, welcher durch den PN-Übergang 116 fliesst, auf der Abszisse aufgetragen ist. Wenn an den PN-Übergang 16 eine Durchlassspannung angelegt wird» so dass ein Durchlasstrom I^ fliesst, so fliesst durch den anderen PN-Übergang 19 ein Sperrstrom I«* welcher sich proportional zum Durchlassstrom I₁ ändert. Auf diese Weise kommt eine Störung zwischen der Diode mit der P-Schicht und der N-Schicht 14 einerseits und der Diode mit der P-Schicht 13 und der

S09832/0652

24U873

N-Schicht 14 andererseits zustande. Somit kann man auf diese Weise kaum zu einem befriedigenden Halbleiterbauteil kommen. Derartige herkömmliche Bauteile sind praktisch kaum anwendbar.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kompaktes aus einer Vielzahl von Halbleiterelementen in einem gemeinsamen Halbleitersubstrat bestehendes Halbleiterbauteil zu schaffen, bei dem keine elektrische Störung zwischen den Halbleiterelementen auftritt, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses zusammengesetzten Halbleiterbauteils.

Diese - Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein zusammengesetztes Halbleiterbauteil gelöst, welches ein Halbleitersubstrat mit einem Leitungstyp umfasst sowie eine Vielzahl von Halbleiterelementen, welche durch selektive Diffusion auf der ersten Hauptfläche ausgebildet sind, sowie eine isolierende Diffusionsregion zur Isolierung der Halbleiterlemente voneinander zwischen den Halbleiterelementen, hergestellt durch selektives Eindiffundieren von Störstellen vom dem Substrat entgegengesetzten Leitungstyp und mit einer Metallelektrodenschicht auf der zweiten Hauptfläche, welche mit jeweils einem Ende der Halbleiterelemente gemeinsam verbunden ist.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung des zusammengesetzten Halbleiters umfasst eine erste Stufe, bei der eine isolierende Diffusionsregion zur Isolierung des Halbleitersubstrats in einer Vielzahl von Bereichen durch selektives Eindiffundieren von Störstellen zur Bewirkung eines dem Leitungstyp des Substrats entgegengesetzten Leitungstyps ausgebildet wird, wobei das Eindiffundieren von der ersten und der zweiten Hauptfläche

509832/0652

244A873

des Halibleitersubstrats her erfolgt. In einer zweiten Stufe wird eine Vielzahl von Halbleiterelementen durch selektives Eindiffundieren spezifischer Störstellen aus der ersten Hauptfläche in einer Vielzahl isolierter Bereiche ausgebildet. In einer dritten Stufe wird eine Elektrodenmetallschicht auf der zweiten Hauptfläche ausgebildet, so dass sie mit jeweils einem Ende der Vielzahl der Halbleiterelemente gemeinsam verbunden ist. In einer vierten Stufe wird jedes Halbleiterelement auf der ersten Hauptfläche des Halbleitersubstrats mit einer gesonderten Elektrode versehen. Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 einen Schnitt durch eine herkömmliche zusammengesetzte Diode;

Figur 2 eine Schaltung mit der herkömmlichen zusammengesetzten Diode gemäss Figur 1; Figur 3 eine graphische Darstellung der Störung zwischen den Diodenelementen in der Schaltung gemäss Figur 2;

Figuren 4 A bis 4 E Schnitte zur Erläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens xur Herstellung der erfindungsgemässen zusammengesetzten Halbleiterdiode; Figur 5 eine elektrische Schaltung mit der zusammengesetzten Diode gemäss Figur 4;

Figur 6 eine graphische Darstellung der Störung der beiden Diodenelemente in der Schaltung gemäss Figur 5.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 4, 5 und 6 wird im folgenden eine Ausführungsform der erfindungsgemässen zusammengesetzten Diode mit zentralem Anschluss erläutert. Dabei sind die Kathoden mit einer gemeinsamen Elektrode verbunden.

509832/0652

In Figur 4 A bezeichnet das Ber:iigszeichen 1 ein Halbleitersubstrat, bestehend zum Beispiel aus einem Silizium-Einkristallsubstrat vom N-Typ. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet eine isolierende Membran, zum Beispiel eine Siliziumoxydmembran, welche auf der ersten und zweiten Hauptfläche des Substrats ausgebildet wird. Wenn das Silizium-Einkristallsubstrat 1 vom N-Typ mit der bekannten Siliziumoxydmembran 2 maskiert ist, so können Störstellen vom P-Typ wie Bor oder dergleichen von beiden Hauptflächen her mittels einer selektiven Diffusionsmethode eindiffundiert werden, wobei in dem Silizium-Einkristallsubstrat 1 vom N-Typ zwei N-Schichten 4,5 ausgebildet werden, welche durch die isolierende Diffusionsregion 3 vom P-Typ gemäss Figur 4 B voneinander getrennt sind, und die isolierende Diffusion geschieht von beiden Hauptflächen des Substrats 1 her, so dass der isolierende Diffusionsbereich 3 vom P-Typ in kurzer Zeit gebildet wird.

Wie Figur 4 C zeigt, können die Schichten 6,7 vom P-Typ, wobei es sich um Anoden handelt, in den Schichten 4,5 vom N-Typ, welche voneinander durch den isolierenden Diffusionsbereich 3 vom P-Typ isoliert sind, mit Hilfe einer selektiven Diffusionsmethode unter Maskierung der Siliziumoxydmembran ausgebildet werden. Gemäss Figur 4 D werden N⁺-Schichten 8,9 an der entgegengesetzten Fläche¹ des Siliziumsubstrats (der deh Diffusionsschichten 6,7 vom P-Typ entgegengesetzten Fläche) durch selektives Eindiffundieren von Phosphor ausgebildet. Wie schliesslich Figur 4 E zeigt, werden Elektroden 1o,11 aus Aluminium oder Gold auf den Diffusionsschichten 6,7 vom P-Typ und auf den Schichten 8,9 vom N⁺-Typ durch Metallabscheidung oder durch photographisches Aufdrucken ausgebildet, wobei man eine zusammengesetzte Diode mit zentralem Anschluss und einer gemeinsamen Kathode erhält.

509832/0652

Wenn man die zusammengesetzte Diode gemäss Figur 4 E (Pastillenstruktur) anstelle der zusammengesetzten Diode gemäss Figur 1 in der geschlossenen Schaltung gemäss Figur 5 einsetzt, so dass ein geschlossener Stromkreis bestehend aus der Gleichstromquelle 15» dem PN-Übergang 16 auf einer Seite der zusammengesetzten Diode, dem variablen Widerstand 17 und dem Anschluss 18 gebildet wird, so fliesst ein Strom I,, durch diesen geschlossenen Stromkreis und der Wert des Stroms I₁ ändert sich, wenn der Widerstandswert des variablen Widerstandes geändert wird. Der Sperrstrom I«, welcher durch den anderen PN-Übergang 19 fliesst, ändert sich dabei im wesentlichen nicht. Figur 6 zeigt die Beziehung zwischen dem Durchlassstrom I₁ und dem Sperrstrom L·,» wobei auf der Ordinate der Sperrstrom Ip durch den Übergang 19 und auf der Abszisse der Durchlasstrom I₁ durch den übergang 16 aufgetragen sind. Wenn an den Übergang 16 eine Durchlassspannung angelegt wird, so dass ein Durchlasstrom I₁ fliesst, so kommt nur ein konstanter kleiner Stromfluss durch den Übergang 19 zustande, ohne dass hierdurch der Durchlasstrom beeinflusst wird, so dass man keine gegenseitige Störung der beiden Diodenelemente findet.

Somit kann durch Ausbildung einer isolierenden Diffusionsregion 3 zwischen den Diodenelementen eine gegenseitige elektrische Beeinflussung oder Störung der Diodenelemente, wie sie bei herkömmlichen zusammengesetzten Dioden auftritt, wirksam vermieden werden.

Bei der beschriebenen Ausführungsform sind zwei Diodenelemente einer zusammengesetzten Diode mit einer gemeinsamen Kathode verbunden. Es ist jedoch ohne weiteres ersichtlich, dass der Erfindungsgedanke sich auch auf zusammengesetzte Dioden erstreckt, bei denen die Diodenelemente mit einer gemeinsamen Anode verbunden sind.

509832/0652

-7- 2U4873

Selbstverständlich kann das zusammengesetzte Halbleiterbauteil auch mehr als zwei Halbleiterelemente aufweisen.

509832/0652

Claims

24U873

-8-

Patentansprüche

Zusammengesetztes Halbleiterbauteil mit einer Vielzahl von Halbleiterelementen in einem gemeinsamen Halbleitersubstrat, wobei jeweils ein Ende der Halbleiterelemente mit einer gemeinsamen Elektrode verbunden sind und wobei die anderen Enden mit getrennten Elektroden verbunden sind, gekennzeichnet durch eine durch selektives Eindiffundieren von Störstellen mit einem dem Leitungstyp des Substrats entgegengesetzten Leitungstyp hergestellte isolierende Region zwischen den Halbleiterelementen zur Isolierung der Halbleiterelemente voneinander.

Zusammengesetztes Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es als Halbleiterelemente Diοdenelemente aufwei st.

Verfahren zur Herstellung des zusammengesetzten Halbleiterbauteils nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man in einem Halbleitersubstrat durch selektives Eindiffundieren von Störstellen mit einem dem Leitungstyp des Halbleitersubstrats entgegengesetzten Leitungstyp isolierend wirkende Diffusionsregionen zur Isolierung einer Vielzahl von Bereichen des Halbleitersubstrats voneinander ausbildet, wobei die Diffusion von der ersten und der zweiten Hauptfläche des Halbleitersubstrats her erfolgt, und dass man durch selektives Eindiffundieren spezifischer Störstellen von der ersten Hauptfläche her in die Vielzahl voneinander isolierter Bereiche des Halbleitersubstrats eine Vielzahl von Halbleiterelementen ausbildet und dass man auf der zweiten Hauptfläche eine allen Halbleiterelementen gemeinsame Metall-

509832/0652.

-9- 2A4A873

el ektrodens chi cht ausbildet rind dass man in der ersten Hauptfläche des Halbleitersubstrats für jedes der Halbleiterelemente eine gesonderte Elektrode aufbringt.

509832/0652

-40*

Leerseite