DE7119981U

DE7119981U - Halbleiter-bauelement

Info

Publication number: DE7119981U
Application number: DE19717119981
Authority: DE
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1970-05-22
Filing date: 1971-05-22
Publication date: 1971-10-14
Also published as: DE2125467A1; GB1356061A; FR2090207A1; IE35064L; SE374839B; IE35064B1

Description

Anmelder: General Electric Company, Schenectady, New York, N. Y., USA

Halbleiter-Bauelement

Die Erfindung betrifft ein Silizium-Bauelement, das insbesondere für solche Anwendungsfälle geeignet ist, bei denen größere Leistungen erforderlich sind.

Bei bekannten Siliziumgleichrichtern findet Glas sowohl als Possivierungsmittel für den Übergang und als isolierende Umhüllung tür das Silizium-Bauelement Verwendung. Ein typisches Beispiel ist dor Gleichrichter A 14, der von der Firma General Electric Company vertrieben wird. Obwohl diese hermetisch abschließende Umhüllung ^rür Silizium-Bauelemente mit kleinem Durchmesser und für niedrige ο ι romstärken gut geeignet ist, ergeben Unterschiede der thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Silizium und Glas die Schwierigkeit, daß diese Umhüllung bei der Herstellung von Bauelementen nicht verwendbar ist, wenn diese eine Breite von mehr als etwa -- 3,7 mm (15O mil) haben, weil bei größeren Bauelementen viel stärkere Spannungen in dem Glas auftreten.

Es erfolgten intensive Bemühungen, ein Glas herzustellen, das r-owohl als Passivierungsmittel für den Übergang geeignet ist, als auch einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der demjenigen von Silizium ausreichend angepaßt ist, so daß dieses Glas

auch bei Silizium-Bauelementen mit größerem Durchmesser als einziges Umhüilungsmaterial Verwendung findenkann. Obwohl eine Anzahl von Glasmaterialien gefunden wurde, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient demjenigen von Silizium ausreichend angepaßt ist, sind diese Gläser im allgemeinen nicht für eine direkte Verbindung mit Siliziumflächen geeignet, entweder wegen der sehr hohen Verschmelzungstemperaturen, die oberhalb 900 C liegen, oder wegen der Beeinträchtigung der elektronischen Eigenschaften der Silizium-Bauelemente in ihren Übergangsbereichen, weil keine geeigneten Passivierungseigenschaften vorhanden sind.

Da ein passivierendes Glasmaterial, mit dem auch eine hermetische Umhüllung von größeren Silizium-Bauelementen erfolgen kann, bis jetzt nicht zur Verfügung steht, fanden bisher dünne Schichten aus passivierendem Glas Verwendung, die mit den Kanten der zu passivierenden Silizium-Bauelemente verbunden sind. Diese dünnen Schichten fanden in Verbindung mit anderen zusätzlichen Passivierungsmaterialien und Umhüllungsmaterialien Verwendung, weil sie sehr zerbrechlich sind und deshalb für sich allein nicht die Fähigkeit haben, alle Verunreinigungen von dem Bauelement fernzuhalten. Beispielsweise wurde in einer älteren Anmeldung (US-Serial-Nr. 782,083) vorgeschlagen, bei einem Halbleiter-Bauelement für höhere Leistungen die dünne Passivierschicht aus Glas durch eine Silikon-Passivierschicht zu ersetzen, wobei ein geformtes Gehäuse die Silikonschicht umgibt. Entsprechend einem anderen Vorschlag soll die dünne Glasschicht auf der Kante des Siliziumbauelements für höhere Leistungen angeordnet werden und das Bauelement in einem hermetisch abdichtenden Gehäuse angeordnet werden.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Umhüllung anzugeben, so daß ein zusammengesetztes Isoliermaterial sowohl als Passivierungsmittel für den Übergang als auch als einzige isolierende Umhüllung für ein Silizium-Bauelement Verwendung finden kann, insbesondere bei einem Bauelement für höhere Leistungen, welches eine Breite von mehr als 3,7 mm (150 mil) hat.

Die wesentlichen Merkmale der Erfindung sind in einem Siliziam-Bauelcment zu sehen, dessen Sperrschicht eine Ranclflächa des Bauelements schneidet, welche Randfläche innerhalb eines kereimischen Formkörpers liegt, der eine entsprechend ausgebildete Oberfläche

aufweist, deren Abstand von der Randfläche weniger als O_fO25 mm beträgt. Der Formkörper hat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der praktisch gleich demjenigen des Silizium-Bauelements ist. Eine passivierende Glasschicht verbindet die Randfläche des Bauelements mit der entsprechend ausgebildeten Oberfläche des Formkörpers. Das Glas der Passivierungsschicht hat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der größer als derjenige von Silizium ist und unter 45 χ 1O~ /°C liegt und eine Einbrenntemperatur unter derjenigen des Formkörpers hat.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Teil eines Silizium-Bauelements gemäß der Erfindung?

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch ein Silizium-Bauelement gemäß der Erfindung;

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Silizium-Baue"3ments gemäß der Erfindung;

Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch einen Thyristor gemäß der Erfindung; und

Fig. 5 einen Teilschnitt durch eine Gate-Elektrode eines Bauelements gemäß der Erfindung.

Zur Verdeutlichung ist in allen Figuren die Dicke der Bauelemente im Vergleich zu ihrer Breite übertrieben dargestellt.

Der in Fig. 1 dargestellte Siliziumkörper 1 hat eine erste Kontaktoberfläche 3 und eine dazu parallel verlaufende zweite Kontaktoberfläche 5. Eine Zone 7 mit einem ersten Leitfähigkeitstyp ist angrenzend an die erste Kontaktoberfläche vorhanden, während eine Zone 9 mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp angrenzend an die zweite Kontaktoberfläche liegt. In der Grenzschicht der beiden Bereiche liegt eine Sperrschicht 11. Die Sperrschicht schneidet eine R_andfläche 13 des Siliziumkörpers, welche die beiden Kontaktoberflächen verbindet. Wenn die beiden Kontaktoberflächen kreisförmig sind, ist die Randfläche ringförmig. Wenn der Siliziumkörper vielflächig ausgebildet ist, ist die Randfläche aus mehreren Kantenflachen zusammengesetzt. Bei dem dargestellten Ausführungs-

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bcispiel sind die Oberflächen 3 und 5 quadratisch ausgebildet, während die Randfläche aus vier trapezförmigen Flächen zusammengesetzt ist. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Randfläche 13 des Siliziumkörpers abgeschrägt, so daß sie die Umfangskante der Sperrschicht unter einem spitzen Winkel schneidet. Wenn die Zone 7 einen größeren spezifischen Widerstand als die Zone 9 hat, wird die Umfangskante als positiv abgeschrägt bezeichnet. Der Zweck der Abschrägung besteht darin, den Oberflächen-Feldgradienten, welcher der Sperrschicht an der Umfangskante zugeordnet ist, auszuspreizen. Für positive Abechrägungen wird die Feldausspreizung fortschreitend verbessert, wenn der Schnittwinkel der Umfangskante mit der Sperrschicht von 90 auf Null Grad abnimmt.. Deshalb ergibt irgendein spitzer Schnittwinkel zwischen der Umfangskante und der Sperrschicht eine gewisse Verbesserung des Oberflächen-Feldgradienten. Wenn der spezifische Widerstand der Zone 9 denjenigen der Zone 7 überschreitet, wird der Siliziumkörper als negativ abgeschrägt bezeichnet. In derartigen Fällen wird eine Verbesserung der Oberflächen-Feldgradienten erreicht, wenn der spitze Winkel zwischen der Umfangskante und der Sperrschicht weniger als etwa 20 beträgt.

Ein keramischer Formkörper 15 hat eine Oberfläche 17, welche entsprechend der Randfläche 13 ausgebildet ist. Die Oberfläche 17 hat einen Abstand von der Randfläche 13, der weniger als 0,025 mm (1 mil) beträgt. Die restlichen Oberflächen des Formkörpers sind nicht kritisch und können in an sich beliebiger Weise ausgebtldet sein. Boi dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Formkörper eine Dicke, welche derjenigen des Siliziumkörpers entspricht. j Der Formkörper muß jedoch nur eine solche Dicke haben, die ausreichend ist, damit die Oberfläche 17 über dem Teil der Randflä- ι ehe 13 liegt, welcher der Sperrschicht benachbart ist. Bei den mei- j

sten praktischen Anwendungsfällen hat jedoch der Formkörper eine Dicke, die mindestens so groß ist wie diejenige des Siliziumkörpers, weil dessen Dicke typisch weniger als 0,5 mm (20 mil) betragt.

Der keramische Formkörper hat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der praktisch demjenigen des Siliziums entspricht,

— 7 ο also in einem Bereich zwischen 30 und 37 χ 10 / C liegt. Obwohl

cine weitgehende Übereinstimmung des Ausdehnungskoeffizienten vom Formkörper und Silizium in dem angegebenen Bereich erforderlich sind, ist es jedoch nicht erforderlich, daß eine genaue Übereinstimmung vorhanden ist, weil ein Einkristall aus Silizium in unterschiedlichen kristallografischen Ebenen einen unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat. Da sich der Formkörper bei vielen Ausführungsformen zwischen dem Anodenanschluß und dem Kathodenanschluß (oder dem Emitter und dem Kollektor) erstreckt, ha-t der Formkörper eine Durchschlagsfestigkeit von mindestens 4.000 Volt pro Millimeter (100 volts/mil) und einen spezifischen Widerstand von mindestens 10 0hm·cm. Es können entweder kristalline oder glasartige Keramiken Verwendung finden. Ferner sind Kombinationen keramischer Materialien verwendbar. Beispielsweise kann ein glasierter keramischer Formkörper verwandt werden. Vorzugsweise finden glasartige Keramikstoffe Verwendung, also Glas, weil derartige Formkörper vollständig porenfrei hergestellt werden können. Es können jedoch auch durchlässige keramische Formkörper Verwendung finden. Geeignete keramische Materialien zur Herstellung des Formkörpers sind die bekannten Borsilikat- und Aluminiumsilikat-Gläser. Im Handel verfügbare Borsilikat-Gläser sind z.B. Corning Glas 7720, 7740 und 7770. Wegen seines niedrigen Alkaligehalts ist Corning Glas 7723 ein bevorzugtes Borsilikatglas. Beispiele für Aluminiumsilikat-Gläser sind Corning Glas 17IO und 1720. Als typische Zusammensetzung sei die Zusammensetzung von Corning Glas 7720 angegeben, welches (in Gewichtsprozent) aus 73,0% SiO₂, 16,5% B₂O₃, 4,5% K₂O und Na₂O, 6,0% PbO besteht, während der Rest Spurenbestandteile sind. Corning Glas 7740 besteht aus 80,5% SiO₂, 12,9% B₂O₃, 3,8% Na₃O, 0,4% K₂O, 2,2% Al₃O₃, während der Rest aus Spurenbestandteilen besteht.

Eine passivierende Glasschicht 19 ist zwischen der Randfläche 13 und der Oberfläche 17 vorgesehen und mit diesen verbunden. Die Glasschicht hat eine maximale Dicke senkrecht zu ihren Oberflächen von weniger als 0,025 mm (1 mil). Das Glas ist bruchfest sowohl in dem Formkörper als auch mit dem Sili/.iumkörper verbunden. Da ••lic Oberfläche des Formkörpers der Randfläche des Siliziumkörpers mit einer gewissen Genauigkeit angepaßt sein muß, ist es wichtig, daß cine solche Zusammensetzung des passivierenden Glases ausgewählt wird, die unter der Einbrenntemperatür, also unter der Er-

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wcichungstemperatur des keramischen Formkörpers verschmolzen werden kann. Dies bereitet praktisch keine Schwierigkeit, da passirande

vierande Glasur Hieistens Sine Erve ichungs tempera tür haben- die meistens weit unter 700°C liegt, während keramische Formkörper der genannton Zusammensetzungen eine Erweichungstemperatur oberhalb 900° aufweisen. Eine bedeutsamere Anforderung an das passiviercndc Glas ist darin zu sehen, daß es einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von weniger als 45 χ 10 / C haben soll. Derartige Gläser sind jedoch bekannt (US-PS 3,441,422 und US-PS 3,113,878).

Eine Vereinigung des Siliziumkörpers und des Formkörpers zu der in Fig. 1 dargestellten EAnheit 20 kann einfach dadurch erfolgen, daß eine pulverisierte Glasfritte aus dem passivierenden Glas zwischen dem Siliziumkörper und dem Formkörper gebracht wird und auf die Verschmelzungstemperatur des passivierenden Glases erhitzt wird. Vorzugsweise sollte das passivierende Glas bei Glühtemperatur eingebrannt werden, obwohl auch eine ausreichende Verschmelzung erreicht werden kann, wenn das Glas nur auf seine Erweichungstemperatur erhitzt wird. Zur Herstellung des fertigen Silizium-Bauelements aus dieser Einheit ist es lediglich erforderlich, in an sich bekannter Weise Kontakte an die Kontaktoberflächen 3 und 4 anzuschließen. Beispielsweise können eine oder mehrere metallische Kontaktschichten aufgedampft, aufgesprüht oder sonstwie auf die Kontaktoberflächen aufgetragen werden, woraufhin das Bauelement mit Anschlüssen weich verlötet: wird.

In Fig. 2 ist ein bevorzugtes Bauelement 100 dargestellt, welches die Einheit 20 enthält. Stützplatten 102 und 104 aus hitzebeständigem Metall sind ohmisch leitend mit den Kontaktoberflächen 3 bzw. 5 durch ein Verbindungsmaterial 106 verbunden. Das Verbindungsmaterial 106 verbindet auch die Stützplatten mit dem keramischen Formkörper 15. Die Stützplatten aus dem hitzebeständigen iMctall werden aus solchen Materialien ausgewählt, daß sie ^r^inen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 55 χ 10 /C oder weniger haben. Die Stützplatten können aus Wolfram oder Molybdän bestehen. Dadurch werden die thermischen Spannungen begrenzt, die durch die Stützplatten auf das Bauelement ausgeübt werden. Das Verbindungsmaterial kann entweder ein hartes oder ein weiches Lot-

material sein, welches in einer oder mit mehreren Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung in bekannter Weise aufgetragen wird.

Die Stützplctten 1O2 und 1O4 sind mit dem keramischen Formkörper 15 verbunden, um eine Umhüllung zu bilden, welche das Silizium-Bauelement vollständig umgibt. Wenn der keramische Formkörper aus undurchlässigem Material hergestellt wird, beispielsweise aus Glas, ist eine hermetisch abgeschlossene Umhüllung der Bauelements vorhanden, wodurch dieses gegen Verunreinigungen geschützt wird. Selbst wenn der Formkörper für Gase oder Flüssigkeiten nicht vollständig undurchlässig ist, reicht jedoch die passivierende Glasschicht aus, das Halbleiteniement gegen äußere Verunreinigungen zu schützen. Der Grund hierfür ist darin zu sehen, daß trotz der nur dünnen passivierenden Glasschicht auf der Randfläche des Siliziumkörpers ein Schutz durch den Formkörper gegeben ist, durch den Risse verhindert werden. Eine Begrenzung der Dicke der passivierenden Glasschicht schützt gegen thermisch isolierte Spannungen und sich dadurch ergebende Risse, wenn die Einrichtung während der Benutzung erhitzt wird. Durch Verwendung eines keramischen Formkörpers, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient praktisch demjenigen des Siliziumkörpers entspric ht, wird die passivierende Glasschicht weiter gegen Rißbildung geschützt. Auf diese Weise können die Nachteile vermieden werden, die normalerweise bei Bauelementen bestehen, deren passivierende Glasschichten sehr zerbrechlich sind. Ferner wurde durch die Erfindung eine einfache, billige einheitliche und kompakte Umhüllung für 3as Halbleiter-Bauelement geschaffen. Da der "keramische Formkörper hinsichtlich der thermischen Ausdehnungscigcnschaftcn w.'iLrjolvjnd dom Siliziumkörper angepaßt ist, kann eine derartige Umhüllung außerdem für Leistungs-Halbleiter-Bauelemente Verwendung finden, die gewöhnlich eine Breite von mehr als 3,7 mm (150 mil) haben.

Fig. 3 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Bauelement 200 kann den Siliziumkörper 1 in Fig. 1 enthalten. Die hitzebeständigen Stütsplatten 202 und 204 sind mit den Kontaktoberflächen 3 bzw. 5 durch Verbindungsmaterial 206 verbunden. Das Verbindungsmaterial und die Stützplatten können wie bei dem Bauelement 100 in Fig. 2 ausgewählt werden, jedoch mit

der Ausnahme, daß in diesem Fall die Sfcützplatten sich nur entlang dci· Kontaktoberflächen erstrecken und nicht über den Siliziumkörper hinausragen. Ferner werden bei dem Bauelement 200 die Stützplatten an dem Siliziümkörper angeordnet, bevor das passivierende Glas aufgetragen wird. Die passivierende Glasschicht 208 liegt in diesem Fall nicht nur über der Randfläche 13, sondern auch über der Umfangsfläche der Stützplatten. Der keramische Formkörper hat eine Oberfläche 212, welche der Randfläche des Siliziumkörpers entspricht, sowie angrenzende Oberflächen 214 und 216, welche den Umfangsflächcn der Stützplatten 202 bzw. 204 entsprechen. Der Formkörper hat von dem Halbleiterkörper und von den Kantenoberflächen der Stützplatte einen Abstand von weniger als 0,025 mm (1 mil)· Das passivierende Glas und der keramische Formkörper werden so ausgewählt, wie oben beschrieben wurde. Der Unterschied bei diesem Ausführungsbeispiel besteht darin, daß die Stützplatten befestigt werden, bevor das passivierende Glas und die keramische Vorform befestigt werden. Ferner findet bei diesem Ausführungsbeispiel das passivierende Glas dazu Verwirrung, um den keramischen Formkörper mit den Stützplatten zu verbinden, um eine abgedichtete Umhüllung des Halbleiterbauelements herzustellen, während bei dem Bauelement 100 die Abdichtung durch das Verbindungsmaterial' 1O6 erfolgt.

Fig. 4 zeigt die Anwendung der Erfindung auf ein Halbleiter-Bauelement mit einem Steueranschluß und mit Strom führenden Anschlüssen, die bei Thyristoren und Transistoren vorhanden sind. Fig. 4 zeigt einen Thyristor 300, der einen Siliziumkörper 302 enthält. Der Siliziumkörper hat eine erste Kontaktoberfläche 304 und eine zweite Kontaktoberfläche 306, die über eine Randfläche 3O8 miteinander verbunden sind. Vier Schichten 310, 312, 314 und 316 mit unterschiedlicher Leitfähigkeit sind in einer Zonenfolge zwischen den Kontaktoberflächen angeordnet. Zwischen diesen Zonen liegen Sperrschichten 318, 320 und 322. Jede Sperrschicht schneidet die Randfläche 308, obwohl es lediglich nötig ist, daß die Sperrschicht 320 diese Randfläche schneidet. Die Sperrschicht schneidet die erste Kontaktoberfläche, während ein Teil der Zwischenschicht 312 an diese Oberfläche angrenzt.

Eine passivierende Glasschicht 324 ist mit der Randfläche des

Siliziumkörpers verbunden, sowie mit einer entsprechend ausgebildeten Oberfläche 3 25 des keramischen Formkörpers 3 28. Die Verhältnisse hinsichtlich des Siliziumkörpers, der passivierenden Glasschicht und des keramischen FcrirJiörpers entsprechen dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 mit der Ausnahme, daß in diesem Fall die passivierende Glasschicht drei und nicht nur eine Sperrschicht überlagert. Eine Stützplatte 330 aus hitzebeständigem Metall, welche v.'ie die Stützplatte 104 ausgebildet sein kann, ist mit der i'.ontak tobe rf lache 306 durch ein leitendes Verbindungsmaterial 332 ohmisch leitend verbunden. Das leitende Verbindungsmaterial verbindet auch die Stützplatte mit dem keramischen Formkörper. In entsprechender Weise ist eine ringförmige Stützplatte 334 mit der Kontaktoberfläche 304 durch ein leitendes Verbindungsmaterial 336 verbunden. Dieses Verbindungsmaterial verbindet auch die ringförmige Stützplatte mit dem keramischen Formkörper.

Die ringförmige Stützplatte hat eine zentrale öffnung 338, so daß die Innenkante der ringförmigen Stützplatte außerhalb der Schnittstelle der Sperrschicht 318 mit der Kontaktoberfläche 304 endet. Ein Gate- oder Steuerleiter 340 ist mit der Zwischenschicht 312 angrenzend an die Kontaktoberfläche 304 über einen ohmischen Kontakt 342 verbunden.

Ein schützendes dielektrisches Material 344 ist in der Öffnung der ringförmigen Stützplatte angeordnet und umgibt den £t3uerleiter. Bei einer bevorzugten Ausführungsform passiviert das dielektrische Material die Sperrschicht 318 an deren Schnittstelle mit der Kontaktoberfläche und liefert außerdem eine Abdichtung zwischen der Stützplatte und dem Steuerleiter. Dies ist jedoch nicht wesentlich, weil die Grenzschicht 318 gewöhnlich nicht den Stromdurchgang durch den Thyristor (steuerbares Vierschicht-Venti"¹) blockieren muß. Gleichgültig, welche Strombegrenzungsfunktion die Grenzschicht 318 durchführen soll, kann dies normalerweise wirkungsvoller durch die Sperrschicht 322 erfolgen. Da ein weitgehender Schutz für die Grenzschicht 318 nicht erforderlich ist, kann ein Schutzmaterial wie Silikonharz, Silikonlack oder Fluorkohien-· r,toCfharz Vorwendung finden. Obwohl diese Materialien gut verbinden und einigermaßen zufriedenstellend als passivierungsmittel für Übergänge dienen, sind si^ für Verunreinigungen in einem ge-

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wissen Ausmaß durchlässig. Anstelle einer Verwendung derartiger Materialien ist es auch möglich,, ein Glas zu benutzen, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient praktisch mit demjenigen des Siliziumkörpers üoereinstimmt. Beispielsweise kann eines der oben genannten Corning-Gläser Verwendung finden. Obwohl derartige Gläser eine undurchlässige Abdichtung bilden und nicht bei der Benutzung zerbrechen, können sie einen sofortigen Einfluß auf den Übergang 318 ausüben, was jedoch hingenommen werden kann, wenn die Sperreigenschaften bei dem Übergang 318 nicht wichtig sind.

Ein bevorzugter Gateanschluß gemäß der Erfindung, welcher sowohl eine anfängliche Passivierung als auch einen vollständigen Schutz gegen einen späteren Eintritt von Verunreinigungen gewährleistet, ist in Fig. 5 dargestellt. Ein keramischer Formkörper 346 ist mit dem Gate-Leiter verbunden. Der Gate-Leiter kann beispielsweise an den Formkörper angelötet sein. Die Außenfläche des Formkörpers ist entsprechend der Kontaktoberfläche und der Innenkante der ringförmigen Stützplatte ausgebildet, wobei ein Abstand von weniger als 0,025 mm (1 mil) dazwischen vorgesehen ist. Eine passivierende Glasschicht 348 verbindet den Formkörper mit der Stützplatte und dem Siliziumkörper. Die passivierende Glasschicht liegt auch über dem Übergang an dessen Schnittstelle mit der Kontaktoberfläche. Die passivierende Glasschicht und der keramische Formkörper werden vorzugsweise so ausgewählt, wie in Verbindung mit dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eingehend erläutert wurde.

Obwohl ein Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Diode mit einem einzigen Übergang betrifft, ist die Erfindung auch auf Mchrschicht-Zellen anwendbar, beispielsweise auf Vierschicht-Ventile oder Shockley-Dioden. Während ein Ausführungsbeispiel einen Thyristor betrifft, kann dieselbe Füllung auch für Transistoren Verwendung finden, insbesondere für Leistungstransistoren.

Patentansprüche

Claims

» ■ 30. Juni 1971 G 71 19 981.0 General Electric Comp. Meine Akte: G-2816 Schutzansprüche

1. Halbleiter-Bauelement mit einem Siliziumkörper, in dem ein Übergang vorgesehen ist, der die Randfläche des Siliziumkörpers schneidet, gekennze ichnet durch einen keramischen Formkörper (15), der eine entsprechend der Randfläche (13) des Siliziumkörpers ausgebildete Oberfläche (17) hat, die davon einen geringeren Abstand als 0,025 mm aufweist, durch einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des keramischen Formkörpers, der etwa gleich demjenigen des Siliziumkörpers ist, und durch eine passivierande Glasschicht (19), welche die Randfläche (13) des Siliziumkörpers mit der Oberfläche (17) des Formkörpers verbindet und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, der über demjenigen des Siliziumkörpers, aber unter 45 χ 1O~ /⁰C liegt, sowie eine Einbrenntemperatur hat, die unter derjenigen des Formkörpers liegt.

2. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet , daß die Randfläche ringförmig ausgebildet ist und daß der Siliziumkörper einen Durchmesser von mehr als 3,8 mm hat.

3. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Randfläche vielflächig ausgebildet ist, und daß der Siliziumkörper eine Breite in der Ebene der Randflächenkante hat, die größer als 3,8 mm ist.

4. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet , daß die Randfläche den Übergang unter einem spitzen Winkel schneidet.

5. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß die Randfläche des Siliziumkörpers positiv abgeschrägt ist.

6. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Randfläche des Siliziumkörpers negativ in einem solchen Ausmaß abgeschrägt ist, daß der Oberfiä™ chen-Feldgradient des Übergangs angrenzend an die Randfläche verringert ist.

7. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch g e kennze ichnet , daß der Formkörper aus Glas besteht.

8. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Siliziumkörper erste und zweite Kontaktoberflächen hat, zwischen denen die Randfläche verläuft, die durch mindestens einen Übergang zwischen den Kontaktflächen geschnitten wird, daß der keramische Formkörper den Siliziunikörper umgibt und eine Oberfläche aufweist, welche entsprechend der Randfläche des Siliziumkörpers ausgebildet ist, und davon weniger als 0,025 mm entfernt liegt, daß der keramische Formkörper einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, der demjenigen des Siliziumkörpers angepaßt ist, und daß eine passivierende Glasschicht die Randfläche des Siliziumkörpers mit der Oberfläche des Fcrmkörpers verbindet, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient größer als derjenige von Silizixim, aber kleiner als 45 χ 10 /C ist, und deren Einbrenntemperatur unter derjenigen des Formkörpers liegt.

9. Halbleiter-Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer dieses umgebenden Umhüllung, dadurch g e kennze ichnet , daß die Umhüllung durch den keramischen Formkörper gebildet ist, durch die passivierende Glasschicht, welche die Randfläche des Siliziumkörpers mit der entsprechend ausgebildeten Oberfläche des Formkörpers verbindet, durch eineerste Kontakteinrichtung (102), die mit der ersten Kontaktoberfläche und dem Formkörper verbunden sind, und durch eine zweite Kontakteinrichtung (104), die mit der zweiten Kontaktoberfläche und dem Formkörper verbunden ist.

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10. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Kontakteinrichtungen eine Stützplatte aus hitzebeständigem Metall ist, welches einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von weniger als 55 χ 10"⁷/°C hat.

11. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Kontakteinrichtungen eine Stützplatte aus einem hitzebeständigen Metall ist, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient weniger als 55 χ 1O~ /⁰C beträgt, und daß die passivierende Glasschicht die Stützplatte mit dem Formkörper verbindet.

12. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Kontakteinrichtungen eine Stützplatte aus hitzebeständigem Metall ist, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von weniger als

55 χ 10~ /⁰C hat, und daß die Stützplatte mit dem Formkörper durch eine dazwischen liegende Metallschicht verbunden ist.

13. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper glasartiges Material enthält.

14. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper aus Glas geformt ist.

15. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 9, dadurch g e kennze ichnet , daß das passiviereiide Glas ein Zink-Borsilikatglas ist.

16. HaIbIeiter-Bauelement nach Anspruch 1, welches als Thyristor ausgebildet ist, gekennze ichne t durch einen Siliziumkörper mit vier aufeinanderfolgenden Zonen, wobei angrenzende Zonen einen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp haben, welche Zonen drei Übergänge dazwischen bilden, wobei eine erste Zone

angrenzend an eine erste Kontaktoberfläche liegt und eine gegenüberliegende Zone angrenzend an eine zweite Kontaktoberfläche liegt, während eine mittlere Zone aiiyrenzernj on die erste Zone sich ebenfalls an der ersten Kontaktoberfläche erstreckt, so daß sich der dazwischen liegende Übergang zu der ersten Kontaktoberfläche erstreckt, durch eine zwischen den Kontaktoberflächen liegende Umfangsflache, die mindestens einen der Übergänge schneidet, durch eine Umhüllung des Siliziumkörpers, bestehend aus demkeramische η Formkörper, der passivierenden Glasschicht, welche den Siliziumkörper mit der angrenzenden Oberfläche des Formkörpers verbindet, einer Strom führenden Kontakteinrichtung, welche mit einem Hauptteil der an die erste Kontaktoberfläche angrenzenden Zone und mit dem Formkörper verbunden ist, einer Gate-Kontakteinrichtung, die mit der mittleren Zone in der ersten Kontaktoberfläche an einer Stelle verbunden ist, die von der Strom führenden Kontakteinrichtung durch den Übergang zwischen der ersten Zone und der mittleren Zone getrennt ist, einer Strom führenden Kontakteinrichtung, die mit der zweiten Kontaktoberfläche und dem Formkörper an einer Stelle verbunden ist, die entfernt von der ersten Kontakteinrichtung liegt, und aus einer Isolierung zwischen der Gate-Kontakteinrichtung und der ersten Strom führenden Kontakteinrichtung.

17. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 16, dadurch g e kennze ichnet , daß die Randfläche ringförmig ausgebildet ist, und daß der Siliziumkörper einen Durehmesser von mehr als 3,8 mm hat.

18. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 16, dadurch g e kennze ichnet, daß die Randfläche vielflächig ausgebildet ist, und daß der Siliziumkörper eine Breite in der Ebene der Kante hat, die größer als 3,8 mm ist.

19. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Randfläche mindestens einen der Übergänge unter einem spitzen Winkel schneidet-

20. HalMeiter-Bauelement nach Anspruch 16, dadurch g e kennze ichnet , daß die Randfläche positiv relativ zu mindestens einem der ÜbergMnae abesschräqt ist.

21. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 16, dadurch gekenn ze ichnet , daß die Randfläche relativ zu einem der Übergänge negativ in einem solchen Ausmaß abgeschrägt ist, daß der Öbefflächen-Feldgradient des Übergangs angrenzend an die Randfläche verringert ist.

22. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung aus einem übergangs-Passivierungsmaterial besteht.

23. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 16, dadurch g e kennzeichnet, daß die Isolierung einen keramischen Formkörper aufweist, der mit der ü.te-Kontakte inr ichtung verbunden ist, und daß eine passivierende Glasschicht den Formkörper mit der ersten Kontaktoberfläche und mit der ersten Strom führenden Kontakteinrichtung verbindet.

24. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper aus Glas geformt ist.

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