DE69609905T2 - Monolytische Montage von Halbleiterbauteilen mit einer Hochgeschwindigkeitsdiode - Google Patents
Monolytische Montage von Halbleiterbauteilen mit einer HochgeschwindigkeitsdiodeInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft monolithische Aggregate bzw. Baugruppen von Halbleiterbauteilen mit wenigstens einer schnellen vertikalen Diode und wenigstens einem anderen Bauteil vom Vertikal-Typ, das mit der vertikalen Diode einen gemeinsamen Anschluß entsprechend einer zur Verlötung auf einem Träger vorgesehenen gleichförmigen Metallisierung besitzt.
- Die vorliegende Erfindung betrifft näherhin den Fall, in welchem dieses andere Bauteil eine Diode ist und wobei man in ein und demselben monolithischen Bauteil Dioden unterschiedlicher Geschwindigkeit zu realisieren sucht.
- Beispielsweise findet man häufig, wie in den Figg. 1 und 2 dargestellt, Aggregate bzw. Baugruppen von zwei Dioden D1 und D2 in Reihe, deren äußere Anschlüsse A und B und mittlerer Anschluß C zugänglich sein sollen. Diese Dioden haben unterschiedliche Funktionen. In dem in Fig. 2 veranschaulichten Fall von Fernseh-Abtastschaltungen muß die Diode D1 eine schnelle Diode (Modulationsdiode) sein, und die Diode D2 hat eine Dämpfungsfunktion (Dämpfungsdiode). Diese Diode D2 soll in herkömmlicher Weise einen niedrigen Spannungsabfall im Durchlaßzustand, eine niedrige Überspannung beim Einschalten bzw. beim Übergang in den Leitungszustand (niedriger Einschalt-Spannungsstoß) und einen Sperrstrom praktisch Null aufweisen. Erwünscht ist, daß die beiden Dioden in einem monolithischen Bauteil ausgebildet werden und der gemeinsame Anschluß C einer Metallisierung an der Rück- bzw. Unterseite entspricht, derart daß die Dioden auf einem als Wärmedissipator dienenden Träger montiert werden können, um jede Erhitzung zu vermeiden.
- Herkömmlicherweise werden die beiden Dioden D1 und D2 nach Art der herkömmlichen Gebilde vom PIN-Typ realisiert, und sie weisen die ihrer Natur innewohnenden Vorteile und Nachteile auf. Sie besitzen einen niedrigen Sperrleckstrom und Durchlaß-Spannungsabfälle im Bereich zwischen 0,8 und 1,5 Volt, je nach der sie durchsetzenden Stromdichte. Somit eignen sich die PIN-Dioden gut für die Ausbildung von Dioden wie beispielsweise der Diode D2. Um sehr schnelle Dioden zu erhalten, was den Erfordernissen für die Diode D1 entspricht, und gegebenenfalls in geringerem Maße auch für die Diode D2, müssen in dem Substrat Fehl- bzw. Störstellen erzeugt werden, beispielsweise durch Diffusion von Unreinheitsmetallen, wie beispielsweise Gold oder Platin, oder durch elektronische Bestrahlung oder Bestrahlung mit schweren Teilchen.
- Dieses letzterwähnte Merkmal, nämlich die Notwendigkeit der Erzeugung von Fehl- bzw. Störstellen, macht diese Gebilde schwer kompatibel mit ihrer Herstellung auf ein und demselben integrierten Schaltungschip mit anderen Elementen, welche keinen solchen Behandlungen unterzogen werden dürfen. Insbesondere ist es, wenn man zur Erhöhung der Schnelligkeit einer Diode eine Golddiffusion anwendet, praktisch unmöglich, die Ausdehnung der Golddiffusion zu begrenzen, angesichts der hohen Diffusionsgeschwindigkeit dieses Metalls.
- Im Stande der Technik hat man nach verschiedenen Kompromißlösungen gestrebt, um in idealer Weise Dioden unterschiedlicher Schnelligkeit zu erhalten; wenn jedoch die Anforderungen zu streng werden, ist man auf die Verwendung gesonderter diskreter Dioden verwiesen. Tatsächlich wird sich, wenn man zur Erzielung einer schnellen Diode eine Gold- oder Platindiffusion anwenden möchte, diese Diffusion auf das gesamte Bauteil erstrecken, so daß die beiden Dioden schließlich dieselbe Schnelligkeit aufweisen werden. Schwierigkeit bereitet auch die Begrenzung einer Bestrahlungszone.
- Andere Arten von Halbleiterbauteilen sind in den Veröffentlichungen JP-56 035 473 und JP-62 179 756 beschrieben.
- Somit ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung die Schaffung eines neuartigen monolithischen Gebildes, in dem eine schnelle vertikale Diode und andere vertikale Halbleiterbauteile, beispielsweise eine Dämpfungsdiode, vereint sind.
- Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines derartigen Aggregats bzw. einer derartigen Baugruppe, in welcher die schnelle Diode und das andere Halbleiterelement eine gemeinsame Elektrode entsprechend der Rück- bzw. Unterseite des Halbleiterbauteils aufweisen, die auf einem Träger verlötet werden kann.
- Die vorliegende Erfindung, wie sie im Anspruch 1 beansprucht ist, sieht somit ein monolithische(s) Aggregat bzw. eine Baugruppe mit einer schnellen Vertikaldiode und wenigstens einem anderen Vertikalbauteil vor, in welcher die schnelle Diode aus einem N-Substrat besteht, an dessen einer Hauptfläche bzw. Seite ein kontinuierlicher N&spplus;-Bereich und an dessen anderer Hauptfläche bzw. Seite ein diskontinuierlicher P&spplus;- Bereich ausgebildet sind, wobei die Rück- bzw. Unterseite der Baugruppe mit einer einzigen Metallisierung überzogen ist.
- Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß, falls der diskontinuierliche P+-Bereich der schnellen Diode sich an der Rück- bzw. Unterseite des Aggregats bzw. der Baugruppe befindet, diese schnelle Diode von einer Isolationswandung umgeben ist.
- Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß das andere vertikale Bauteil eine Flächendiode ist.
- Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß das andere vertikale Bauteil eine Diode desselben Typs wie die erste Diode, jedoch mit unterschiedlichen Eigenschaften, ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, daß die diskontinuierlichen Bereiche vom P&spplus;-Typ der beiden Dioden unterschiedliche Proportionen besitzen.
- Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß das monolithische Aggregat bzw. die monolithische Baugruppe einer Behandlung zur Verringerung der Lebensdauer der Ladungsträger, wie beispielsweise einer Bestrahlung oder einer Diffusion von Fremdmetallverunreinigungen, unterzogen wurde.
- Diese und weitere Ziele, Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden, nicht-einschränkenden Beschreibung spezieller Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren; in diesen zeigen:
- Figg. 1 und 2 Diodenaggregate, welche durch die vorliegende Erfindung geschaffen werden sollen,
- Fig. 3 in Schnittansicht ein der Fig. 1 entsprechendes erstes Beispiel eines Aggregats gemäß der vorliegenden Erfindung aus einer schnellen Diode mit einer anderen Diode in einem einzigen Bauteil,
- Fig. 4 in Schnittansicht ein anderes, der Fig. 2 entsprechendes Beispiel einer Baugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung aus einer schnellen Diode mit einer anderen Diode in einem einzigen Bauteil,
- Fig. 5 in Schnittansicht ein weiteres Beispiel eines Aggregats einer schnellen Diode mit einer anderen Diode.
- Fig. 3 zeigt ein Aggregat von zwei Dioden D1 und D2, gemäß Fig. 1, wobei die Diode D1 eine schnelle Diode ist und durch ihre Anode mit der Kathode der Diode D2 verbunden ist. Das Ganze ist in einem Substrat 1 vom N-Typ ausgeführt. Die Diode D2 ist eine herkömmliche PIN-Diode, welche an der Oberseite einen Bereich 2 vom P-Typ und an der Unterseite einen stark dotierten Bereich 3 vom N-Typ aufweist. Im linken Teil der Figur findet sich eine Diode, in welcher ein Schottky-Kontakt und ein PN-Übergang kombiniert sind. Derartige Dioden sind in B. J. Baliga (IEEE Electron Device Letters, vol. EDL-5, Nr. 6, Juni 1984, beschrieben. Sie besitzen zugleich einen niedrigen Leckstrom in Sperrichtung und einen noch niedrigeren Durchlaß-Spannungsabfall als die herkömmlichen PIN-Dioden. Diese Diode weist an der Oberseite des Substrats einen Kathodenbereich 5 vom N&spplus;-Typ und an der Unterseite des Substrats einen von Öffnungen 7 unterbrochenen Bereich 6 vom P&spplus;-Typ auf. An ihrem Umfang ist diese Diode, zumindest längs dem Umfang des Bauteils, von einem stark dotierten P-Bereich 8 umschlossen, der beispielsweise durch tiefe Diffusion von der Unter- und der Oberseite des Substrats aus gebildet ist. Die Unter- bzw. Rückseite des Bauteils ist mit einer Metallisierung C überzogen, welche die Anode der Diode D1 und die Kathode der Diode D2 bildet. Diese Metallisierung bildet einen Ohmschen Kontakt mit dem Bereich 6 und einen Schottky-Kontakt mit den in den Öffnungen 7 offenliegenden Teilen des Substrats N. Der Bereich 2 ist mit einer Metallisierung A und der Bereich 5 mit einer Metallisierung B überzogen. Diese Metallisierungen A, B, C entsprechen den Anschlüssen A, B bzw. C von Fig. 1. Die Oberseite des Bauteils, außerhalb der Bereiche, wo sie mit den Metallisierungen A und B in Kontakt steht, ist mit einer Isolierschicht 9 überzogen, üblicherweise einer Siliziumoxidschicht.
- Als Metallisierung, welche einen Schottky-Kontakt zuläßt, kann man beispielsweise Aluminium oder ein Silizid, beispielsweise von Platin, Nickel, Molybdän oder einer Mischung dieser Metalle oder anderer Metalle, welche die gleiche Funktion gewährleisten, wählen. Für einen Kontakt an der Vorder- oder Oberseite könnte das Silizid mit einer als Diffusionsbarriere dienenden Schicht, wie beispielsweise TiW oder TiN und Aluminium überzogen sein. Für einen Kontakt an der Unter- bzw. Rückseite muß die letzte Schicht lötbeständig sein und kann beispielsweise aus NiAu oder NiAg bestehen. Falls die anfängliche Schicht ein Silizid ist, kann man eine als Diffusionsbarriere dienende Zwischenschicht vorsehen.
- Man erkennt, daß diese Struktur mittels der unteren Metallisierung C auf einen Träger aufgelötet werden kann. Selbst wenn sich Überstände des Lots auf den seitlichen Teilen des Bauteils bilden sollten, würden diese infolge des Vorliegens der Isolationswandung 8 vom P-Typ keinen Kurzschluß hervorrufen.
- Fig. 4 zeigt einen Aufbau zur Realisierung der Schaltung aus Fig. 2. Die Diode D2 ist diesesmal in einem von einer Isolierwandung 10 vom P-Typ umschlossenen Graben bzw. einer Wanne ausgeführt, wobei das Ende des PN-Übergangs an die Oberseite des Chips herausgeführt ist. Seine Unter- bzw. Hinterseite ist mit einem P-Bereich 11 überzogen, seine Ober- oder Vorderseite weist einen mit einer Metallisierung B überzogenen N-Bereich 12 auf. Die Diode D1 ist symmetrisch zu der in Fig. 3 dargestellten Diode und weist an der Unterseite einen N+-Bereich 14 und an der Oberseite einen von Öffnungen 16 unterbrochenen P-Bereich 15 auf, der mit einer Metallisierung A überzogen ist. Die Rück- bzw. Unterseite ist mit einer gleichförmigen Metallisierung C überzogen. Auch in diesem Fall kann wegen des Vorliegens der Isolationswandung 10 dieses Gebilde gefahrlos auf einen Träger gelötet werden.
- Fig. 5 zeigt einen Aufbau, welcher zwei Dioden vom Schottky/Bipolar-Typ vereinigt. Der linke Teil der Fig. 5 entspricht dem linken Teil von Fig. 3, der rechte Teil von Fig. 5 dem rechten Teil von Fig. 4. Durch geeignete Wahl der Konstruktion und des Aufbaus jeder der Dioden kann man ihnen unterschiedliche Eigenschaften verleihen. Tatsächlich läßt sich durch eine Erhöhung der einen Schottky-Kontakt bildenden Oberfläche (bei konstanter Gesamtoberfläche) oder durch eine Gestaltung der Diffusionszonen, welche ihre Injektion minimiert, die Schnelligkeit der Diode erhöhen.
- In dem Vorstehenden ist angegeben, wie sich durch die Wahl der beiden Dioden, von welchen wenigstens eine vom Schottky/Bipolar-Typ ist, Dioden unterschiedlicher Geschwindigkeit erzielen lassen. Darüber hinaus kann man eine Erzeugung von Fehl- bzw. Störstellen (durch Metalldiffusion oder Bestrahlung) vorsehen, was allgemein eine Erhöhung der Geschwindigkeit der beiden Dioden gestattet, bei Aufrechterhaltung eines Unterschieds der Geschwindigkeit zwischen ihnen.
- Somit besteht der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung im Zusammenbau von vertikalen Bauteilen, von welchen einer eine Diode vom Bipolar/Schottky-Typ ist, wobei wenigstens eines dieser vertikalen Strukturgebilde von einer Isolationswandung umgeben ist, um die Verlötung an der Rückseite des Bauteils zu ermöglichen. Das anderweitige vertikale Bauteil neben der schnellen Diode vom Schottky/Bipolar-Typ kann jedes beliebige vertikale Bauteil sein, beispielsweise ein Thyristor.
Claims (6)
1. Monolithische(s) Aggregat bzw. Baugruppe in einem
Substrat (1) vom N-Typ, aus einer zum Betrieb in
Durchlaßrichtung bestimmten vertikalen schnellen Diode und
wenigstens einem anderen von der Diode durch eine
Isolationswandung (8) getrennten vertikalen Bauteil, wobei die
schnelle Diode vom Schottky-Bipolar-Typ ist und sich zwischen
einer ersten Metallisierung auf einer ersten Seite des
Substrats, die mit dem Substrat und mit einem
diskontinuierlichen Bereich (6, 15) vom P&spplus;-Typ in Kontakt steht,
einerseits und einer zweiten Metallisierung auf der zweiten Seite
des Substrats in Kontakt mit einem kontinuierlichen Bereich
(5; 14) vom N&spplus;-Typ andererseits erstreckt, und wobei von
der genannten ersten und zweiten Metallisierung eine sich
über eine ganze Seite bzw. Hauptfläche des Substrats erstreckt
und auch eine Metallisierung des genannten wenigstens einen
anderen vertikalen Bauteils bildet.
2. Monolithische(s) Aggregat bzw. Baugruppe nach
Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß, falls der diskontinuierliche
P&spplus;-Bereich der schnellen Diode sich an der Rück- bzw.
Unterseite des Aggregats bzw. der Baugruppe befindet, diese
schnelle Diode von einer Isolationswandung (8) umgeben ist.
3. Monolithische(s) Aggregat bzw. Baugruppe nach
Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das andere vertikale Bauteil
eine Flächendiode ist.
4. Monolithische(s) Aggregat bzw. Baugruppe nach
Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das andere vertikale Bauteil
eine Diode desselben Typs wie die erste Diode, jedoch mit
unterschiedlichen Eigenschaften, ist.
5. Monolithische(s) Aggregat bzw. Baugruppe nach
Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die diskontinuierlichen Bereiche
(6, 15) vom P&spplus;-Typ der beiden Dioden unterschiedliche
Proportionen besitzen.
6. Monolithische(s) Aggregat bzw. Baugruppe nach einem
der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das Aggregat bzw. die Baugruppe
einer Behandlung zur Verringerung der Lebensdauer der
Ladungsträger, wie beispielsweise einer Bestrahlung oder einer
Diffusion von Fremdmetallverunreinigungen, unterzogen wurde.
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