DE2730363A1 - Gekapseltes halbleiterbauelement - Google Patents

Description

Dr. phll. G. B. HAGEN *~ Dlpl.-Pbys. W. KALKOFF MUNCHLN Λ (Soün) Franz-Hals-StraBe 21

Tel.(089)796213

ACZ 3741 München, 4. Juli 1977

Dr. H./sch

SGS-ATES Component!

Elettronici S.p.A.

Via C. Olivetti, 2

20041 Agrate Brianza (Milano)

Italien

Gekapseltes Halbleiterbauelement

Priorität: 5. Juli 1976; Italien; Nr. 25012 A/76

Die Erfindung bezieht sich auf Halbleiterbauelemente, insbesondere solche in Form eines dotierten Halbleiterplättchens, das in eine Verkapselungsmasse eingebettet ist.

Es ist bekannt, daß zur Herstellung sowohl von bipolaren als auch von unipolaren Halbleiterbauelementen, integrierten Schaltungen u. dgl. zum Verkapseln der Plättchen Werkstoff« wie z. B. Kunststoffe verwendet werden, die Verunreinigungen undefinierbarer Art enthalten. In solchen Werkstoffen entstehen, wenn auch in beschränkter Menge, freie Ladungen, deren Eintritt in die den Elektroden der Bauelemente zugeordneten Halbleiterzonen nicht zugelassen werden kann.

In jedem Fall bestehen die schädlichen Wirkungen solcher Verunreinigungen in einer Veränderung des Oberflächenpotentials des Plättchens, was die Verschlechterung gewisser Parameter des Bauelements zur Folge hat. Unter diesen ist im Fall eines Transistors die statische Stromverstärkungskonstante hp_E zu nennen, deren Verschlechterung um so größer ist, je niedriger die Stromamplitude ist, um die es sich jeweils handelt. Dies ist durch die Wanderung unerwünschter ionischer Ladungsträger zur Elektrodenübergangszone bedingt, wobei diese Wanderung übermäßig störend werden kann, wenn eine sehr hohe Betriebssicherheit verlangt ist. Eine der ersten bekannten Maßnahmen zum Herabsetzen der vorstehend angegebenen nachteiligen Auswirkungen bei Kunststoff-Verkapselungsmassen war die Verwendung von Kunststoffen mit einem niedrigen Gehalt an störenden ionischen Ladungen, die jedoch andere Nachteile mit sich bringen, die im wesentlichen durch ihre starke Ausdehnung bei hohen Betriebstemperaturen und bei den sich hieraus ergebenden mechanischen Spannungen bedingt sind, die auf die Verbindungen zwischen den Plättchen und den in die Verkapselung eingebetteten Elektrodenanschlüssen ausgeübt werden. Andere Verbesserungen wurden

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durch die Herabsetzung der Empfindlichkeit der aktiven Zonen des Plättchens hinsichtlich unerwünschter Ladungs träger erreicht. Zu diesen Verbesserungsarten ist die nicht in allen Fällen anwendbare Methode zu nennen, die Oberfläche des Plättchens mit einem für Ionen undurchlässigen Dielektrikum wie Siliciumnitrid zu überdecken und die metallische Oberfläche der Elektroden so zu vergrößern, daß sie die zu schützenden Übergangszonen überdecken. Diese Verbesserungsmaßnahmen haben jedoch folgende Nachteile:

1) Der mögliche Fluß der erwähnten ionischen Ladungsträger durch die nicht zu beseitigenden Elektrodenzwischenräume und Fehlstellen (Stellen mangelhafter Metallisierung der Kontaktflächen, Fehler durch Verunreinigungen) wird nicht aufgehoben;

2) Einengung der konstruktiven Bauweise der Elektroden, deren metallische Oberflächen vergrößert werden;

3) in einigen Fällen Zunahme der Werbe von R_bbi und C_c1t)O;

4) die Verminderung der Zahn der stromführenden Elemente je Oberflächeneinheit im Fall integrierter Schaltungen.

Die Erfindung bezweckt Verbesserungen in den vorgenannten Richtungen, insbesondere die Vermeidung der Störungen, die durch wenn auch in sehr geringen Mengen auftretende verunreinigende Ionen bedingt sind, die entweder in der Verkapselungsmasse enthalten sein oder durch diese hindurchtreten können.

Nach der Erfindung bleiben die metallischen Elektroden, die bei den vorangehend erläuterten bekannten Verfahren vergrößert werden, in normalen Abmessungen und erfüllen ausschließlich die normale Funktion der Stromzufuhr.

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Die Erfindung sieht vor, bei einer gekapselten Halbleitervorrichtung, insbesondere einem gekapselten Transistor, bestehend aus einem von einer Isolierschicht überdeckten Halbleiterplättchen mit mehrteiligen Elektrodenvorrichtungen, bei dem die Elektrodenvorrichtungen je aus einem ersten, Kontakt mit der zugeordneten Zone des Halbleiterplättchens bildenden und die Isolierschicht durchsetzenden Kontaktteil und aus einem zweiten, auf der Isolierschicht sich erstrekkenden, dem Anschluß an den Außenstromkreis dienenden Anschlußteil bestehen, auf die Isolierschicht eine weitere Isolierschicht mit einer zusammenhängenden metallischen Schicht aufzubringen, so daß sie über den aktiven Halbleiterzonen und den metallisierten Elektroden liegt. Ferner wird zweckmäßig die erwähnte metallische Schicht elektrisch mit einer Elektrode des Bauelements verbunden und schließlich zusammen mit allen das Bauelement bildenden Teilen mit einem zweiten Dielektrikum bedeckt, das eine Schutzfunktion hat.

Die so geschaltete bzw. verbundene zusammenhängende metallische Schicht ist nicht nur ein Element, das dazu dienen soll, die Wirkungen der unerwünschten Ladungen, die in der ersten und der zweiten Isolierschicht vorhanden sind, während des anfänglichen Betriebs des Bauelements, d. h. während der Fertigungs- und Prüfphasen, zu neutralisieren, sondern auch dazu, unter den Bedingungen des elektrischen Feldes während des Betriebs den Verlauf möglicher Verlagerungen von ionischen Ladungen definiert zu machen, um deren Neutralisierung zu jeder Zeit des nachfolgenden Betriebs sicherzustellen.

Eine spezielle Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Isolierschicht und teilweise die großflächig ausgebildeten Anschlußteile der Elektrodenvorrichtungen von mindestens einer weiteren äußeren Isolierschicht überdeckt

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sind, und daß auf dieser äußeren Isolierschicht eine als Abschirmung der den Elektroden zugeordneten Elektrodenzonen gegen den Eintritt unerwünschter Ionen wirkende und die genannten Elektrodenzonen überdeckende metallische Abschirmbelegung aufgebracht ist, die an ein geeignetes Potential des Außenstromkreises anschließbar ist.

Ein Ausführungebeispiel nach der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1, eine Draufsicht bzw. einen Schnitt II-II 2 und 3 bzw. einen Schnitt IH-III nach Fig. 1, wobei der Aufbau eines an sich bekannten Transistors gezeigt ist;

Fig. 4, eine Draufsicht bzw. einen Schnitt V-V bzw. 5 und 6 einen Schnitt VI-VI nach Fig. 4, jedoch

nicht maßstabgerecht, wobei der Aufbau des Transistors nach der Erfindung gezeigt ist.

Die Ausführungsform nach den Fig. 1, 2 und 3 zeigt einen Planartransistor an sich bekannter Art, der mit einer Verkapselung 9 herkömmlicher Art versehen ist. Bei dieser Ausführungsform geschieht der Schutz gegen die unerwünschte Ioneneinwanderung durch die größere Bemessung 8 des Anschlußteils 4 der Emitterelektrode, bezogen auf die darunter befindliche Emitterzone 1 und deren Emitter(l)-Basis(2)-Ubergang, und mittels Passivierung, die durch eine Schicht 7 aus Siliciumnitrid erhalten wird. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist; bringt j der Zuwachs der Abmessung 8 eine Erweiterung der Basiszone 2 mit sich, da der industriell einhaltbare Abstand zwischen den metallischen Kontakten des Emitters 4 und der Basis 5 einen bestimmten Mindestwert hat. Die Vergrößerung der Abmessung 8 bringt in diesem Fall, wie erwähnt, bei im übrigen gleichen Bedingungen eine Zunahme der Werte von R^i und C v_o mit sich. Die Kollektorzone ist

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mit 3 bezeichnet. Die Isolierschicht 6 ist dem Fachmann in der Planartechnik bekannt. Die Isolierschichten 6 und 7 sind von einem Verbindungsteil durchsetzt, der eine elektrische Verbindung des dem Anschluß an den Außenstromkreis dienenden Anschlußteils 4 bzw. 5 mit den dem Kontakt mit der Emitterzone 1 bzw. der Basiszone 2 dienenden Kon-r taktteilen dieser Elektroden bildet. Die zeichnerische Darstellung enthält keine weiteren Angaben hinsichtlich der Art der Verkapselungsmasse 9 und der für das Verständnis der Erfindung unwesentlichen Einzelheiten.

Das Ausführungsbeispiel der Erfindung nach den Fig. 4, 5 und 6 zeigt einen Planartransistor, der von einer Masse 9 ummantelt ist. Wie ersichtlich, hat der zu der Emitter-Halbleiterzone 1 führende Kontaktteil die Breite, die zur Speisung der Emitterzone 1 unbedingt erforderlich ist. Ferner ist ersichtlich, daß auf dem Anschlußteil 4 der Emitterelektrode eine Isolierschicht 10 aufgebracht ist, die als äußeres Dielektrikum wirkt; auf die dielektrische Schicht 10 ist eine metallische Belegung 11 aufgebracht. Die metallische Belegung 11 ist durch einen Verbindungsteil 12, der sich durch die Schicht 10 erstreckt, mit dem darunter befindlichen Anschlußteil 4 des Emitters verbunden. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, ist die Kontaktfläche zwischen dem Verbindungsteil 12 und dem Anschlußteil 4 der Emitterelektrode kleiner als diejenige zwischen der letzteren und der Emitterzone 1 dargestellt, um den Umstand zu betonen, daß die Verbindung von 11 nach 4 nur zur Überführung des Potentials mit einer Stromdichte dient, die gegenüber derjenigen vernachlässigbar ist, die im Betrieb der darunter befindlichen Elektrode 4 auftritt.

Zur Überführung dieses letzteren Stroms zu dem Stromkreis außerhalb des Bauelements ist eine Fläche 17 vorgesehen, an der mit der Elektrode 4 ein nicht dargestellter Draht

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zur Verbindung mit dem entsprechenden Anschluß des Gehäuses verlötet ist. Die Fläche 17 kann dadurch erhalten werden, daß eine Fensteröffnung 13 in der Isolierschicht 10 ausgebildet wird.

Das Prinzip der Erfindung ist Jedoch unabhängig von dem Umstand, ob die metallische Schicht 11 von dem gesamten oder von einem Teil des Betriebsstroms der zugeordneten Elektrode durchflossen wird oder nicht.

Nach der Erfindung kann außerdem die metallische Belegung mit irgendeiner inneren oder äußeren Elektrode des Bauelements verbunden sein. Die Wahl dieses Verbindungspunkts wird allein durch die Art der zu neutralisierenden Ionenladung bestimmt.

Analog ist ersichtlich, daß der Anschlußteil der Basiselektrode 5 in eine Fläche 18 ausläuft, die durch ein Fenster 14 im Dielektrikum 10 zugänglich ist und zum Anlöten eines nicht dargestellten Drahts zur Verbindung mit dem entsprechenden Anschluß des Gehäuses dient.

Die Isolierschicht 6 ist dem Fachmann bekannt. Die zeichnerische Darstellung enthält keine Angaben hinsichtlich der Art der Verkapselungsmasse 9 und von für das Verständnis der Erfindung unwesentlichen Einzelheiten.

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Zusammenfassend charakterisiert sich die Erfindung wie folgt.

Ein Halbleiterbauelement mit einem Plättchen aus einem Halbleiterwerkstoff, das zumindest auf einer seiner größeren Oberflächen mit aktiven Zonen versehen ist, die auf elektrische Ladungen außerhalb des Plättchens ansprechen, das von mindestens zwei Isolierschichten bedeckt ist, die unerwünschte Ionenladungen enthalten, von denen die äußere zusammen mit der Oberfläche des Plättchens alle anderen dort angebrachten Teile einschließt, ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der äußeren Isolierschicht und der an dieser anliegenden Isolierschicht eine zusammenhängende metallische Belegung vorgesehen ist, die alle aktiven Zonen ausreichend überdeckt, und die erwähnte metallische Belegung auf einem derartigen Potential gehalten wird, daß während der Betriebsdauer die unerwünschten Ionenladungen, die in den aneinanderliegenden Isolierschichten enthalten sind, neutralisiert werden.

Das an die metallische Belegung angelegte Potential wird durch eine elektrische Verbindung mit einer Elektrode des Plättchens erhalten. Zweckmäßig werden die metallische Belegung und die elektrische Verbindung gleichzeitig durch an sich bekannte Metallisierungsverfahren erhalten.Dabei kann die äußerste Isoliermasse ein durch Pressen aufgebrachter Kunststoff sein. Sie kann auch ein Fluid sein, das durch Gießen in einen Hohlraum aufgebracht ist. Statt Einbettung in eine außen liegende Kunststoffmasse kann das Bauelement in einem ein Gas enthaltenden Gefäß angeordnet sein.

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Leerseite

Claims (3)

1. Patentansprüche

   (ly Gekapselte Halbleitervorrichtung, insbesondere gekapselter Transistor, bestehend aus einem von einer Isolierschicht überdeckten Halbleiterplättchen mit mehrteiligen Elektrodenvorrichtungen, bei dem die Elektrodenvorrichtungen j« aus einem ersten, Kontakt mit der zugeordneten Zone des Halbleiterplättchens bildenden und die Isolierschicht durchsetzenden Kontaktteil und aus einem zweiten, auf der Isolierschicht sich erstreckenden, dem Anschluß an den Außenstromkreis dienenden Anschlußteil bestehen,

   dadurch gekennzeichnet,

   daß die Isolierschicht (6) und teilweise die großflächig ausgebildeten Anschlußteile (4, 5) der Elektrodenvorrichtungen von mindestens einer weiteren äußeren Isolierschicht (10) überdeckt sind, und

   daß auf dieser äußeren Isolierschicht (10) eine als Abschirmung der den Elektroden zugeordneten Elektrodenzonen (1, 2) gegen den Eintritt unerwünschter Ionen wirkende und die genannten Elektrodenzonen (l, 2) überdeckende metallische Abschirmbelegung (11) aufgebracht ist, die an ein geeignetes Potential des Außenstromkreises anschließbar ist.
2. 2. Transistorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die großflächigen ElektrodenanschlußteLle (4, 5) sich aus dem Raum oberhalb der Sperrschichtzonen (1, 2) mit ihren Enden (17, 18) seitlich erstrecken und ihre Elektrodenenden (17, 18) durch fensterartige Öffnungen (13, 14) der äußeren Isolierschicht (10) zugänglich sind.

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   ORIGINAL INSPECTED
3. 3. Transistorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der großflächige Emitterelektrodenanschlußteil (4) sich zwischen die U-förmig ausgebildeten Enden des Basiselektrodenanschlußteils (5) erstreckt und die auf der äußeren Isolierschicht (10) vorgesehene metallische Abschirmbelegung (11) leitend (12) mit dem Kontaktteil der Emitterelektrode (4) verbunden ist und sowohl die Emitterzone (l) als auch die Basiszone (2) des Halbleiterplättchens abschirmend überdeckt.

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