DE2608813A1 - Niedrigsperrende zenerdiode - Google Patents
Niedrigsperrende zenerdiodeInfo
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Description
Deutsche ITT Industries GmbH H. Kling - 6
7800 Freiburg, Hans-Bunte-Str.19 Pat.Go/Be
3. MSrz 1976
DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG
•FREIBURG I. Br.
Die Priorität der Anmeldung Nr. 557 206 vom 10. März 1975 in den Vereinigten Staaten von Amerika wird beansprucht.
Die Erfindung betrifft eine niedrigsperrende Zenerdiode mit einem Halbleiterkörper des einen Leitungstyps, in dem eine
einen pn-übergang bildende planare , »it einem elektrischen Kontakt versehene Zone angeordnet ist, die aus einer ersten
flach diffundierten Teilzone und aus einer mit der ersten Teilzone in Berührung tiefer diffundierten zweiten Teilzone
besteht. Eine solche Zenerdiode ist aus der DT-AS 22 07 654 bekannt und ist insbesondere für den sogenannten "double-plug"-Aufbau
geeignet.
Bei Halbleiterbauelementen,insbesondere diskretenBauelementen
wie Dioden und Transistoren, bezieht sich ein wesentlicher Anteil der Bauelementherstellungkosten auf die' Verkapselung.
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Aus diesem Grunde besteht in der Halbleitertechnik der Bedarf für billige · Gehäuse, welche unter geringstem Zeitaufwand
und insbesondere mittels Automaten zusammengesetzt werden können. Das sogenannte "double-plug "-Gehäuse hat sich als besonders
nützlich für die Verkapselung von Dioden erwiesen, da es billig ist und unter Gewährleistung einer hermetisch dichten Verkapselung
automatisch zusammengesetzt werden kann. Bei niedrigsperrenden Zenerdioden im "double-plug"-Gehäusen ergaben sich jedoch
Schwierigkeiten.
Bisher wurde ein Kontaktierungselement einer niedrigsperrenden
Zenerdiode unmittelbar über der, flachen den pn-übergang bildenden
Zone angebracht, was eine mit kurzgeschlossenen Übergängen unerträgliche
Anzahl von fehlerhaften Bauelementen ergab.Wird nämlich der metallische Kontakt unmittelbar auf der flachen den
Übergang bildenden Zone angebracht, so erfolgt ein Legieren des metallischen Kontaktes in das Halbleitermaterial während des für
den Einschmelzprozesses der "double-plug*-Gehäuse erforderlichen hohen Temperatur. Dieses Legieren ist die Ursache einer Verschmutzung
der den flachen Übergang bildenden Zone, was einen hohen Sperrstrom und Kurzschlüsse zur Folge hat.
Daher war das "double-plug"-Gehäuse, welches bei einer Temperatur
von mindestens 680° C verschmolzen w<
renden Zenerdioden nicht verwendbar.
renden Zenerdioden nicht verwendbar.
von mindestens 680° C verschmolzen werden, muß, bei niedrigsper-
Die Erfindung faßt eine bei einer niedrigen Spannung durchbrechenden
Zenerdiode ins Auge, die für den Aufbau in einem "doubleplug"-Gehäuse besonders geeignet ist. Das vorstehend erwähnte
Problem der Ausfälle durch hohe Sperrspannungen und Kurzschlüsse wird bei einer niedrigsperrenden Zenerdioöe mit einem Halbleiterkörper
des einen Leitungstyps, in dem eine einen pn-übergang bildende planare; mit einem elektrischen Kontakt versehene Zone
angeordnet ist, die aus einer ersten flach diffundierten Teilzone und aus einer mit der ersten Teilzone in Berührung tiefer
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besteht,
diffundierten zweiten Teilzone erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der elektrische Kontakt an der tiefer diffundierten zweiten Teilzone angebracht ist.
diffundierten zweiten Teilzone erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der elektrische Kontakt an der tiefer diffundierten zweiten Teilzone angebracht ist.
Bei der niedrigsperrenden Zenerdiode ist somit ein Legieren von
Metall in das Halbleitermaterial während des Verschmelzprozesses nicht schädlich, da ein Legieren nur in die tiefer diffundierten
Zone erfolgt.
Die Erfindung ermöglicht somit die Herstellung einer Zenerdiode mit einer flach diffundierten Teilzone, welche durch eine gesteuerte Diffusion zur Erzielung einer erwünschten Zenerspannung
hergestellt wird, wobei die Kontaktierung an einer tiefer diffundierten Teilzone erfolgt.
Der Hauptvorteil der Erfindung besteht darin, daß eine Zenerdiode mit niedriger Durchbruchspannung hergestellt werden kann,
welche in eine billiges "double-plug"-Gehäuse montiert werden kann. Ferner kann die niedrigsperrende Zenerdiode nach der Erfindung
mit einer höheren Ausbeute hergestellt werden, als es bisher möglich war. Die Erfindung ermöglicht ferner die Herstellung
einer zuverlässigeren Zenerdiode mit niedriger Abbruchspannung.
Die Erfindung, deren Merkmale und Vorteile werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren
Fig. 1 den Längsschnitt durch ein "double-plug"-Gehäuse mit einer darin montierten . Zenerdiode zeigt, deren
Fig. 2A bis 2 H verschiedene Herstellungsstadien betreffende Schnittansichten bei der Herstellung einer Zenerdiode
nach der Erfindung betreffen und deren
Fig. 3A und 3B unterschiedliche HerstellungsStadien betreffende
Aufsichtsansichten bei der Herstellung einer Zenerdiode
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nach der Erfindung zeigen.
Die Fig. 1 der Zeichnung zeigt als bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eine in ein "double-plug"-Gehäuse 12 typischer Bauform montierte Zenerdiode 10. Das "double-plug"-Gehäuse weist zwei
identische axial ausgerichtete und gegenüberliegende Kontaktelektroden 14 auf, von denen jede den Einschmelzstift 16 und
daran angeschweißt die dazu axial verlaufende Zuleitung 18 zeigt. Die axial verlaufenden Zuleitungen 18 werden vorzugsweise
aus Kupfer-Eisen gefertigt, wie es unter den Namen Silgrid handelsüblich ist.
Die Einschmelzstifte 16 werden aus einem Material gefertigt, das dicht mit Glas verschmolzen werden kann. Vorzugsweise wird
für die Einschmelzstifte 16 als Material ein Kupfermanteldraht
mit einem Nickel-Eisen-Kern - verwendet, wie er unter den Handelsnamen" Dumet gekannt ist. Die axial verlaufenden Zuleitungen
werden zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes mit den Einschmelzstiften verschweißt.
Die Zenerdiode 10 wird zwischen dem gegenüberliegenden Kontaktflächen
20 der Einschmelzstifte 16 zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes angeordnet. Um die Einschmelzstifte 16 und
die Zenerdiode 10 wird der zylindrische Gehäuseteil 22 aus Glas gebracht, der mit den Zylinderflächen 24 der Einschmelzstifte
16 dicht verschmolzen wird. Der Gehäuseteil 22 wird aus Glas, Keramik oder einem anderen nicht porösem isolierenden
Material hergestellt, vorzugsweise aus einem Glas mit einer Bearbeitungstemperatur von weniger als 10OO C und einem Erweichungspunkt
von etwa 680° C, wie Corning 0102 oder Kimble KG 12.
Die Figuren 2 und 3 veranschaulichen die Zenerdiode 10 in verschiedenen
Herstellungsstadien. Die Fig. 2a zeigt im Schnitt
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den Halbleiterkörper 26 , beispielsweise aus Silizium, der
entweder n-oder p- leitend sein kann. Zum Zwecke der Beschreibung wird angenommen, daß der Halbleiterkörper 26 n-leitend
ist. In den Halbleiterkörper 26 wird Phosphor bis zu einer
18 21 3
Verunreinigungskonzentration von 10 - 10 Atomen pro cm diffundiert und auf dem Halbleiterkörper 26 eine Oxydschicht
ausgebildet. In der Oxydschicht 28 ist gemäß der Figur 2b unter Anwendung des herkömmlichen fotolithographischen Ätzverfahrens
unter Verwendung eines Fotolackes ein begrenzter Teil 30 entfernt worden. Die Figur 3a zeigt in Aufsicht das Bauelement
mit dem Teil 30 in Form einer durchgehenden Ringnut, die eine Breite von etwa 70/u m aufweist. Der freiliegende Halbleiterkörper
26 wird dann während einer Dauer von 2 bis 4 Stunden einer Bordiffusion mit einer Verunreinigungskonzentration von
18 21 "\
10 - 10 Atomen pro cm ausgesetzt, um die als Schutzring wirksame p-leitende tiefer diffundierte zweite Teilzone 32
mit einem spezifischen Widerstand von 3SI·cm gemäß der Fig.2b
auszubilden.
Die von der als Schutzring wirksamen zweiten Teilzone 32 umschriebene
Fläche des Halbleiterkörpers 26 wird durch Entfernen des stark beschädigten Teils der Oxydschicht 28 freigelegt.
Der Halbleiterkörper 26 wird dann zur Ausbildung der den pnübergang
bildenden flach diffundierten ersten Teilzone gemäß der Fig. 2c einer Bordiffusion bei einer Verunreinigungskonzentration
18 21 3
von 10 - 10 Atomen pro cm über eine Zeitdauer von etwa 15 - 30 Minuten unterworfen. Die Zenerspannung der Zenerdiode
wird durch die Eindringtiefe der den pn-übergang bildenden ersten Teilzone bestimmt, welche deshalb während der anschließenden Bearbeitung
der Diode nicht gestört werden darf. Zum Schutz der flach diffundierten ersten Teilzone wird die gesamte Oberflächenseite
der Diode gemäß der Fig. 2d mit einer Oxydschicht 36 bedeckt. Um die den pn-übergang bildende erste Teilzone nicht zu
stören, sollte die Oxydschicht eher abgeschieden als thermisch
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erzeugt werden. Die Oxydschicht 36]zann in einer Dicke von
5000 bis 10 000 A durch Abscheiden von Silan in einer Sauerstoff enthaltenden Umgebung oder durch Zerstäubung von SiO2
ausgebildet werden.
Unter Anwendung der herkömmlichen fotolithographischen Ätztechnik
wird nach Herstellung der Oxydschicht 36 in der Oxydschicht ein Bereich 38 gemäß der Fig. 2e und 3b entfernt. Der
Bereich 38 weist eine ähnliche Struktur wie die des Teiles auf und ist zu diesem Teil 30 überlappend zentriert. Der Bereich
38 weist eine Breite von etwa 37f5 jam auf, so daß die
öffnung in der Oxydschicht 36 sich zentrisch zu der als Schutzring
ausgebildeten tiefer diffundierten zweiten Teilzone, befindet.
Anschließend wird zur Herstellung einer Palladium-Schicht 40
mit einer Dicke von etwa 1000 S die Oberflächenseite der Diode unter Anwendung einer Vakuumbedampfung oder der Zerstäubungstechnik
mit Palladium metallisiert. Wie die Fig. 2f veranschaulicht
wird danach auf die Oberflächenseite zur Herstellung einer Schicht 42 in einer Dicke"von etwa 10 000 S Silber aufgedampft.
Da das Palladium nicht am Siliziumdioxid haftet, kann die Palladiumschicht und die Silberschicht von der Oxydschicht
durch Abreiben der Oberflächenseite der Diode entfernt werden, so daß die Schichten 40 und 42 aus Palladium bzw. Silber nur
im Bereich 38 verbleiben, wie die Fig.2g veranschaulicht, wobei das Palladium am Halbleiterkörper 26 haftet.
Selbstverständlich können die Schichten 4O und 42 in den Bereichen
38 auch durch Anwendung anderer in der Halbleitertechnik bekannter Prozesse hergestellt werden. So kann Silber über die
gesamte Oberflächenseite aufgedampft und bis auf den Teil in den Bereichen 38 abgeätzt werden. Eine andere Methode zur Herstellung
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der Schicht 40 würde darin bestehen, daß auf die Oberflächenseite der Zenerdiode 10 eine Platinschicht abgeschieden wird,
die mit den freigelegten Halbleiterkörper 26 eine Verbindung bildet, welche in Königswasser unlöslich ist, was gegebenenfalls
nach dem Herstellen von weiteren Metallschichten in den Bereichen 38 zur Entfernung des übrigen Platins verwendet
wird.
Anschließend wird am Bereich 38 ein metallischer Kontakt 44 hergestellt, vorzugsweise unter Anwendung eines Platierungsverfahrens
zur Ausbildung eines Silber-Kontaktes mit einer Höhe von etwa 40 /um über der Oberflächenseite der Zenerdiode 10,
wie die Fig. 2h veranschaulicht. Auf der rückwärtigen Oberflächenseite der Zenerdiode 10 wird dann ein weiterer Kontakt 46
ausgebildet. Dieser weitere Kontakt kann aus einem der vielfältig benutzten Kontaktmetallen hergestellt werden, wie Nickel,
Aluminium, Gold, Silber oder Zinn unter Anwendung herkömmlicher Verfahren.
Obwohl vorstehende Beschreibung sich auf die Anwendung einer p-leitenden Diffusion in η-leitendes Halbleitermaterial beschränkt,
kann die Erfindung natürlich auch auf die Anwendung einer η-leitenden Diffusion in einen p-leitenden Halbleitermaterial
angewendet werden, so daß sowohl NP-als auch PN-Übergänge
bei der Anwendung der Erfindung hergestellt werden können.
Die Erfindung ist außerdem in Verbindung mit einer in Form eines geschlossenen Schutzringes ausgebildeten tiefer diffundierten
zweiten Teilzone und eines solchen Kontaktes beschrieben worden. Selbstverständlich kann die tiefer diffundierte zweite Teilzone
jede gewünschte Gestalt annehmen, sei sie rechteckig, rund, zickzackförmig
oder auch fingerförmig ineinandergreifend, sofern sie mit der flach diffundierten ersten Teilzone in Berührung steht.
Die Erfindung ermöglicht somit die Herstellung einer niedrig-
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sprerrenden Zenerdiode, die geeignet ist, auf einfacher Weise
in einem herkömmlichen "double-plug"-Gehäuse montiert zu
werden. Durch die besondere Ausbildung von Metallkontakten nur an der tiefer diffundierten zweiten Teilzone und niclt an der
flach .diffundierten ersten Teilzone der den pn-übergang bildenden
Zone werden die der herkömmlichen Technik aufgrund des Legierens von Metall in die flacher diffundierten Teilzone anhaftenden
Nachteile vermieden. Die Erfindung macht die Herstellung eines zuverlässigen Halbleiterbauelements möglich, in dem manche
Kurzschlüsse zum Wegfall kommen, die sich bisher aufgrund des Legierens des Metalls während des Einschnielzungsvorgangs bei
der erhöhten Temperatur ergaben. Bei Anwendung der Lehre der Erfindung wird eine billige niedrigsperrende Zenerdiode in einem
"double-plug"-Gehäuse erhalten.
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Claims (9)
1. 'Niedrigsperrende Zenerdiode mit einem Halbleiterkörper
des einen Leitungstyps, in dem eine einen pn-übergang bildende planare, mit einem elektrischen Kontakt versehene
Zone angeordnet ist, die aus einer ersten flach diffundierte Teilzone und aus einer mit der ersten Teilzone in Berührung
tiefer diffundierten zweiten Teilzone besteht, dadurch gekennzeichnet
, daß der elektrische Kontakt an der tiefer diffundierten zweiten Teilzone (32) angebracht ist.
2. Zenerdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Teilzone (32) die erste Teilzone (34) umgibt.
3. Zenerdiode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Teilzone (32) die erste Teilzone (34) über deren
gesamte Brandung umgibt.
4. Zenerdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Teilzonen (32, 34) an der Halbleiteroberfläche mit einer Isolierschicht bedeckt sind, die einen
Durchbruch in einem Bereich (38) der zweiten Teilzone (32) aufweist, die in dem Durchbruch einen elektrischen Kontakt
aufweist.
5. Zenerdiode nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß der
Kontakt aus Silber besteht und die Oberfläche der Isolierschicht überragt.
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6. Zenerdiode nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Schicht (40) aus Palladium zwischen dem Kontakt (42) und
der zweiten Teilzone (32).
7. Zenerdiodenach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen
Kontakt (42) aus Silber.
8. Zenerdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet
durch einen weiteren Kontakt (46) auf der den Teilzonen (32, 34) abgelegenen Oberflächenseite der Zenerdiode (10),
sowie axial angeordnete je einen Kontakt berührende zylinder-
. förmige Kontaktelektrode (14), die mit einem zylinderförmigen
Gehäuseteil (22) aus nicht porösem Isoliermaterial zur Verkapselung der Zenerdioden (10) verschmolzen sind.
9. Zenerdiode nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen zylinderförmigen Gehäuseteil (22) aus Glas.
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US05/557,206 US4030117A (en) | 1975-03-10 | 1975-03-10 | Zener diode |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
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