DE2608813C3 - Niedrigsperrende Zenerdiode - Google Patents
Niedrigsperrende ZenerdiodeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine niedrigsperrende Zenerdiode nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine
solche Zenerdiode ist aus der DE-AS 22 07 654 bekannt
Bei Halbleiterbauelementen, insbesondere diskreten Bauelementen wie Dioden und Transistoren, bezieht
sich ein wesentlicher Anteil der Bauelementherstellungskosten auf die Verkapselung.
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 r>o
»double-plug«-Gehäuse — d. h. ein Gehäuse, bei dem ein Halbleiterplättchen zwischen koaxial angeordneten
zyiinderförmigen Kontaktelektroden in Berührung mit den Kontaktelektroden koaxial in ein Glasgehäuse
eingeschmolzen wird — hat sich als besonders nützlich r>r>
für die Verkapselung von Halbleiterdiodenplättchen erwiesen, da es billig ist und unter Gewährleistung einer
hermetisch dichten Verkapselung automatisch zusammengesetzt werden kann. Be<
niedrigsperrenden Zenerdioden im »double-pluga-Gehäuse ergaben sich jedoch mi
Schwierigkeiten.
Bisher wurde eine Kontaktelektrode einer niedrigsperrenden Zenerdiode unmittelbar über der flachen,
den pn-übergang bildenden Zone des Halbleiterdiodenplättchens angebracht, was eine mit kurzgeschlossenen ir,
Übergängen unerträgliche Anzahl von fehlerhaften Diodenelementen ergab. Wird nämlich der metallische
Kontakt unmittelbar auf der flachen, den pn-übergang bildenden Zone angebracht, so erfolgt ein Legieren des
metallischen Kontaktes in das Halbleitermaterial bei der während des Einschmelzprozesses des vdoubleplug«-Gehäuses
erforderlichen hohen Temperatur. Dieses Legieren ist die Ursache einer Verschmutzung
der des flachen pn-Übergang bildenden Zone, was einen
hohen Sperrstrom und Kurzschlüsse zur Folge hat
Daher war das »double-pluge-Gehäuse, welches bei
einer Temperatur von mindestens 680° C verschmolzen werden muß, bei niedrigsperrenden Zencrdioden nicht
verwendbar.
Aufgabe der Erfindung ist, die Aufgabe an Zenerdioden,
deren Halbleiterdiodenplättchen in einem derartigen »double-plugw-Gehäuse eingeschmolzen werden,
und deren Zuverlässigkeit wesentlich zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Ausbildung gelöst
Bei der niedrigsperrenden Zenerdiode nach der Erfindung ist somit ein Legieren von Metall in das
Halbleitermaterial während des Verschmelzprozesses nicht schädlich, da ein Legieren nur in die tiefer
diffundierte Teilzone gleichmäßig über deren Verlauf erfolgt, so daß eine zuverlässigere Zenerdiode mit
niedrigerer Durchbruchspannung in ein billiges »double-plug«-Gehäuse
mit einer höheren Ausbeute hergestellt werden kann.
Aus der DE-OS 20 28 632 ist zwar bekannt, bei einer
Zenerdiode mit einer aus einer ersten flach diffundierten
Teilzone und einer zweiten tiefer diffundierten Teilzone bestehenden Zone eine Kontaktschicht an der tiefer
diffundierten Teilzone anzubringen. Dies dient allein dem Zweck, beim Anlegieren von elektrischen Kontakten
aus Aluminium die Bildung eines Kurzschlusses durch Legieren zu verhindern. Der DE-OS 20 28 632 ist
aber weder eine Anregung zu entnehmen, die tiefer diffundierte Teilzone als Schutzringzone auszubilden,
noch ist in dieser Offenlegungsschrift ein Hinweis enthalten, daß zuverlässig funktionierende Zenerdioden
mit Schutzringzone gleichmäßig über den Verlauf der Schutzringiione kontaktiert werden müssen.
Die Erfindung, deren Merkmale und Vorteile werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren
Fi g. 1 den Längsschnitt durch ein »double-plug«-Gehäuse
mit einem darin montierten Zenerdiodenplättchen zeigt, deren
Fig.2a bis 2h verschiedene Herstellungsstadien
betreffende Schnittansichten bei der Herstellung einer Zenerdiode nach der Erfindung betreffen und deren
Fig.3a und 3b unterschiedliche Herstellungsstadien
betreffende Aufsichtansichten bei der Herstellung einer Zenerdiode nach der Erfindung zeigen.
Die F i g. 1 der Zeichnung zeigt als bevorzugtes Ausführungsspiel ein in ein »double-plug«-Gehäuse 12
typischer Bauform montiertes Zenerdiodenplättchen 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 dem 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 dem Handelsnamen Dumet bekannt ist Die axial verlaufenden Zuleitungen
18 werden zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes
mit den Einschmelzstiften verschweißt.
Das Zenerdiodenplättchen 10 wird zwischen den
gegenüberliegenden Kontaktflächen 20 der Einschmelzstifte 16 zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes
angeordnet Um die Einschmelzstifte 16 und das Zenerdiodenplättchen 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 porösen isolierenden Material hergestellt, vorzugsweise aus einem Glas mit einer Bearbeitungstemperatur von weniger als 1000° C lind einem
Erweichungspunkt von etwa 6800C, wie Corning 0102
oderKimbleKGlZ
Die F i g. 2 und 3 veranschaulichen das Zenerdiodenplättchen 10 in verschiedenen Herstellungsstadien. Die
Fig.2a zeigt im Schnitt den Halbleiterkörper 26, beispielsweise aus Silizium, der entweder n- oder
p-leiiend sein kann. Zum Zwecke der Beschreibung wird
angenommen, daß der Halbleiterkörper 26 n- leitend ist
In den Halbleiterkörper 26 wird Phosphor bis zu einer Verunreinigungskonzentration von 1018—1021 Atomen
pro cm3 diffundiert und auf dem Halbleiterkörper 26 eine Oxydschicht 28 ausgebildet In der Oxydschicht 28
ist gemäß der Fig. 2b unter Anwendung des herkömmlichen
fotolithographischen Ätzverfahrens unter Verwendung eines Fotolackes ein begrenzter Teil 30
entfernt worden. Die Fig.3a zeigt in Aufsicht das
Bauelement mit dem Teil 30 in Form einer durchgehenden Ringnut die eine Breite von etwa 70 (im aufweist
Der freiliegende Halbleiterkörper 26 wird dann während einer Dauer von 2 bis 4 Stunden einer
Bordiffusion mit einer Verunreinigungskonzentration von ΙΟ18—ΙΟ21 Atomen pro cm3 ausgesetzt um die als
Schutzring wirksame p-leitende tiefer diffundierte
zweite Teilzone 32 mit einem spezifischen Widerstand von 3 Ω - cm gemäß der F i g. 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 pn-Obergang bildenden flach diffundierten
ersten Teilzone gemäß der F i g. 2c einer Bordiffusion bei einer Verunreinigungskonzentration von 1018—1021
Atomen pro cm3 Ober eine Zeitdauer von etwa 15—30
Minuten unterworfen. Die Zenerspannung der Zenerdiode
wird durch die Eindringtiefe der den pn-übergang bildenden ersten Teilzone bestimmt weiche 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-Obergang bildende erste Teilzone nicht zu stören, sollte die
Oxydschicht eher abgeschieden als thermisch erzeugt werden. Die Oxydschicht 36 kann in einer Dicke von 500
bis 1000 nm durch Abscheiden von Silan in einer Sauerstoff enthaltenden Umgebung oder durch Zerstäubung
von S1O2 ausgebildet werden.
Unter Anwendung der herkömmlichen fotolithographischen Ätztechnik wird nach Herstellung der
Oxydschicht 36 in der Oxydschicht ein Bereich 38 gemäß der F i g. 2e und 3b entfernt Der Bereich 38 weist
eine ähnliche Struktur wie die des Teiles 30 auf und ist zu diesem Teil 30 überlappend zentriert Der Bereich 38
weist eine Breite von etwa 37,5 μπι 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 100 nm die
5 Oberflächenseite der Diode unter Anwendung einer Vakuumbedampfung oder der Zerstäubungstechnik mit
Palladium metallisiert Wie die F i g. 2f veranschaulicht wird danach auf die Oberflächenseite zur Herstellung
einer Schicht 42 in einer Dicke vor etwa 1000 nm Silber aufgedampft
Da das Palladium nicht am Siliziumdioxid haftet kann die Palladiumschicht und die Silberschicht von der
Oxydschicht 36 durch Abreiben der Oberflächenseite der Diode entfernt werden, so daß die Schichten 40 und
is 42 aus Palladium bzw. Silber nur im Bereich 38
verbleiben, wie die F ί g. 2g veranschaulicht wobei das Palladium am Halbleiterkörper 26 haftet
Selbstverständlich können die Schichten 40 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
der Schicht 40 würde darin bestehen, daß auf die Oberflächenseite der Zenerdiode 10 eine Platinschicht
abgeschieden wird, die mit dem 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 Platiemngsverfahrens zur Ausbildung eines
■η Silber-Kontaktes mit einer Höhe von etwa 40 μπι über
der Oberflächenseite der Zenerdiode 10, wie die F i g. 2h veranschaulicht Auf der rückwärtigen Oberflächenseite
der Zenerdiode 10 wird dann ein weiterer Kontakt 46 ausgebildet Dieser weitere Kontakt kann aus einem der
41) 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-Ieitenden Diffusion in n-leitendes
r- Halbleitermaterial beschränkt kann die Erfindung
natürlich auch auf die Anwendung einer n-leitenden Diffusion in einen p-leitenden Halbleitermaterial angewendet
werden, so daß sowohl NP- als auch PN-Übergänge bei der Anwendung der Erfindung
r)D 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. Selbstverständ-
r, lieh 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
hu Die Erfindung ermöglicht somit die Herstellung einer
niedrigsperrenden Zenerdiode, die geeignet ist auf einfacher Weise in einem herkömmlichen »doubleplug«-Gehäuse
montiert zu werden. Durch die besondere Ausbildung von Metallkontakten nur an der tiefer
i<> diffundierten zweiten Teilzone und nicht an der flach
diffundierten ersten Teilzonc der den pn-Obergang bildenden Zone werden die der herkömmlichen Technik
aufgrund des Legierens von Metall in die flacher
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diffundierten Teilzone anhaftenden Nachteile vermie- Einschmelzvorgangs bei der erhöhten Temperatur
den. Die Erfindung macht die Herstellung eines ergaben. Bei Anwendung der Lehre der Erfindung wird
zuverlässigen Halbleiterbauelements möglich, in dem eine billige niedrigsperrende Zenerdiode in einem
manche Kurzschlüsse zum Wegfall kommen, die sich »double-plugw-Gehäuse erhalten,
bisher aufgrund des Legierens des Metalls während des 5
Claims (4)
1. Niedrigsperrende Zenerdiode mit einem in ein
Glasgehäuse eingeschmolzenen Halbleiterdiodenplättchen (10) des einen Leitungstyps, in dessen eine
Oberflächenseite eine planare, mit einer Kontaktschicht (40) versehene Zone des anderen Leitungstyps eingesetzt ist, welche aus einer flach diffundierten
ersten Teilzone (34) besteht, die über ihre gesamte Berandung von einer zweiten tiefer ι ο
diffundierten Teilzone (32) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Oberflächenseite
des Halbleiterdiodenplättchens (10) innerhalb eines Bereiches (38), der innerhalb der Berandung
der zweiten Teilzone (32) angeordnet ist, mit einer Kontaktschicht (40) und außerhalb des Bereiches
(38) mit einer Isolierschicht (36) bedeckt ist, daß an
der anderen Oberflächenseite eine weitere Kontaktschicht (46) angebracht ist und daß die Kontaktschichten
(40, 46) je eine Kontaktelektrode eines Paares von axial angeordneten zyiinderförmigen
Kontaktelektroden berühren, die mit einem zylindrischen
Gehäuseteil (22) verschmolzen sind.
2. Zenerdiode nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Halbleiterdiodenplättchen (10) aus Silizium
und eine aus Silber bestehende Elektrodenschicht (42), die die Oberfläche der Isolierschicht (36)
überragt
3. Zenerdiode nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Kontaktschicht (40) aus Palladium
zwischen einer Elektrodenschicht (42) aus Silber und der zweiten Teilzone (32).
4. Zenerdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen zyiinderförmigen Gehäuseteil
(22) aus Glas.
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