JPH01501027A - 半導体構成要素 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 半導体構成要素 本発明は、間に少なくとも２つのｐｎ接合を存して順々に位置する層状ゾーンと 、それら２つの接合の少なくとも１方のエミッタゾーンを形成する外側ゾーンに おいて１つの構造、すなわち、エミッタゾーンの部分とそれと隣接しているベー スゾーンにおけるエミッタゾーン間の部分とは共通の１表面を形成しており、ベ ースゾーンの部分の上には第１の金属被覆が、そしてエミッタゾーンの部分の上 には第２の金属被覆かあり、それの上には連続した接触プレートが取付けられて いるという構造をもった１つの半導体本体部を存する半導体構成要素に関する。

いくつかの機能領域を有する半導体本体部を有する半導体要素においては、それ の接触電極は複数の電流導通部分との接触のためにしかるべく分割されている。

そのようないわゆる電極構造の形成とそれの接触は、例えば２極のトランジスタ とか、枝分わした制御電極を有する周波数サイリスタとか、ゲートによって遮断 されつるサイリスタ（ＧＴＯ−サイリスタ）において必要とされる。

部分と部分とが互いに入り組んで別々の極となった電極構造のいくつかが公知で ある。

これらは短絡を防止する特別な方策を必要としている。電極部分の寸法の小型化 、つまり分割の増大化と共に、そのミクロ的構造はより緻密となり、そのような 配置構造を作り出すための処理技術や装置に対しての要求が厳しくなる。

このような構造体を、ボンディングで、またはばね力による押圧力で、接触片と 、または電流導通部分と結合することが公知である。接触片としてはモリブデン でできた板状部品も用いられる。

電極構造対の面の広がりの比較的小さい、遮断可能なパワー用半導体構成要素に おいて、ばね力による押圧力で半導体本体部を接触させることには、はかり知ら れぬほど大きな材料の消費と処理過程の面倒さがつきまとう。

しかしまた、このような半導体構成要素の半導体本体部をボンディングで接触さ せることにも欠点がつきまとう。

したがって、構造体になった電極の面の広がりが比較的に小さい、遮断されつる パワー用半導体構成要素の場合にはまさに、比較的に容易な方法で達成されつる ような、電極構造体と１つの接触プレートとの材料自体での接続の必要性がある 。

これらの公知の構造方式はなお１つの欠点を有する。エミッタの金属被覆のスト リップ状の部分の各々は全面的に接触片、例えばモリブデンのディスクの１つの 領域に連設的に結合されている。例えばＧＴＯ−サイリスタでの遮断動作の際に は、それまで流れていた順方向電流の一部が負のゲート電極によってゲートへと 引き寄せらねる。エミッタの金属被覆と接触片の間の結合の抵抗が極めて小さい ために、エミッタゾーンの一部がそれに負の電圧がかけられてから動作するまで の時間が、遮断動作を左右するパラメータの公差があることの故に一定しない。

このことは、遮断されつるアノード電流が制限されるという不都合な結果を生ず る。

研究の結果、接触片の各領域と対応するエミッタの金属被覆の部分との間に決っ た電気抵抗をおくことによって上記の欠点が大いに排除されうることが判明した 。この場合、接触片から金属被覆部分の中央点までの間の抵抗は、金属被覆の縁 までの間よりは大きくあるべきである。これにより、半導体構成要素の並列接続 においていわゆるバラスト抵抗を利用する場合に似て、上記の不都合な公差を保 証することが可能となる。

本発明は、構造体になった電極を存する遮断されつる半導体構成要素において、 公知の構造方式に比べてより容易な方法によって、構造体になった電極と接触プ レートとの材料自体での接続を得ることと、遮断動作を改善するために、電極の エミッタゾーンの部分が決った抵抗を経て電流導通部分に接続されるようにエミ ッタゾーンの部分の金属被覆を形成することを目的としている。

本発明は、エミッタの金属被覆において、エミッタゾーンの部分か決った抵抗を 経て接続部品例えば接触片と結合されているようにすることによフて、構造体に なった電極を有する、押圧接触の遮断されつる半導体構成要素のＩＩＪ−御特性 を改善することを目的とする。

この目的の解決策は、当初述べた半導体構成要素の場合、請求の範囲第１項の特 徴の部分に記載しであるとおりである。有利ないくつかの構造の仕方か請求の範 囲第２項から第１１項までに記載しである。

図面で示している実施例を用いて以下に本発明の詳細な説明する。図面はＧＴＯ −サイリスタでの板状の半導体本体部と、その半導体本体部の上での接触プレー トの材料自体での配置構造を断面図によって示す。

１つの高抵抗のｎ型の中間ゾーン１と、それにそれぞれが隣接するＰ型のゾーン ２，３と、制御ベースゾーンの役をするゾーン２の中に入れ込まれて配置されて いるエミッタゾーン部分４とで成る半導体本体部工は、接続されつる半導体整流 器要素の普通の構造方式を示している。両方の機能領域、つまり制御電流領域と 負荷電流領域は、それぞれに、ストリップ状の分割構造になって相交互して並ん で配置され、−緒になって半導体本体部工の両方の主たる面の一方を形成してい る。制御電流領域のストリップ状部分、つまり２つの相隣接するエミッタゾーン 部分４の間にあるベースゾーンの部分２ａの各々は金属被ｉ６を有している。こ のベースゾーンの金属被覆６は第１の絶縁層７で覆われていて、この絶縁層はこ の構造体の押圧接触に際して、接触押圧力がおよびベースゾーンの金属被Ｎ６を 完全に覆うに適するように形成されている。

第１の絶縁層７はベースゾーン部分２ａとエミッタゾーン部分４との間で表面上 において生ずるｐｎ−接合部のそれぞれにオーバーラツプしている。

エミッタゾーンの部分４の接続導体部品のための場所までの自由表面と第１の絶 縁層７とは共に、連続した第２の、エミッタの金属被Ｎ８と称される金属層で覆 われている。

相隣るエミッタゾーンの部分４の間において第１の金属被Ｎ６がストリップ状で 突出していることによって、接触金属と絶縁材料でできた半導体表面の被覆は場 所々々で段付きになってずれて形成されている。つまりここでは、ベースゾーン の部分２ａの上にあってテーブル状になったエミッタの金属被覆８の突出部８Ｃ は、金属被覆８と１つの平らな例えばモリブデンでできた接触プレート１２との 材料自体での接続のための接触面となっている。

このような半導体表面の被覆を用いると、特に容易な方法で、当祈に述べた種類 の構成要素においての半導体本体部の電極の任意の構造の仕方が機能領域の大き さには関係なしに可能となる。

エミッタの金属被覆８は、各突出部８Ｃの対称軸線と、近接しているエミッタゾ ーンの部分４の対称軸線との間の各々が、決められた電流路として設けられてい る。その目的のため、この金属被覆は、その上に配置されている金属性の中間層 １１に相対するに、相結合された第２の絶縁層９で覆われている。この構成要素 の遮断の際には、この決められた電流路において電圧降下が起るが、その電圧降 下はエミッタの金属被覆８の材料と寸法で決ってくる。電圧降下は、半導体構成 要素を公称電圧で動作させたときに少なくともｌ　ＯｍＶはある。この第２の絶 縁層９は、各突出部８Ｃの所で１つの開口１０を、エミッタの金属被覆８と接触 プレート１２との接続のための接触用窓として有している。エミッタの金属被Ｔ ｆ１８の電気的に絶縁性の配置構造によって形成されたその金属被覆の中での、 接触プレート１２のための接触場所と近接しているエミッタゾーンの部分４の対 称軸線との間での横方向の抵抗は、部分抵抗Ｒ０と８２で成っている。部分抵抗 Ｒ，は、半導体構成要素の組入れのとき、突出部８Ｃ上にある第２の絶縁層９の 端部と、エミッタゾーンの部分４の上にある第１の絶縁層７の端部との間の、エ ミッタの金属被覆８の部分の中で生ずる。部分抵抗Ｒ２は、上記に続いてこのエ ミッタゾーンの部分の対称軸線に至るまでの電流路にあるエミッタの金属被Ｎ８ のさらにある部分から生じる。第２の絶縁層９の中の開口１０の縁は、対応する エミッタゾーンの部分４の縁への一定の離隔距離を有している。この離隔距離は 実質上、各々のベースゾーン領域とそれの金属被Ｎ６の形状寸法で定まる。そこ で横方向抵抗Ｒ，＋Ｒ２は、この離隔距離と、そしてまた、ここの領域における エミッタの金属被Ｎ８の厚さと材質によって決定される。このようにして、決っ た抵抗（複数）がエミッタゾーンの部分の電流路において驚くべく容易に形成さ れていて、これら抵抗が当初に述べた半導体構成要素の遮断動作の所望の改善を 可能にする。しかしながら、開口１０の全体の大きさが半導体構成要素の電流負 荷の容量を左右する。したがって、エミッタゾーンの部分４によって大体におい て既に決ったアクティブな表面は、実際上は開口１０の適合した広がりによって 保証される。

さらに、第２の絶縁層９の上には金属性の接触層１１が載せられていて、この接 触層は開口１０においてだけエミッタの金属被覆８とガルバニックに接続されて いる。層１１は、軟ろうまたは、接触金属の含有量の多い金属含有型の接着材料 で成っているのが有利であって、その自由な上側では実質上平らに形作られてい る。エミッタの金属被覆８と接触プレート１２との材料自体での接触は、後者の 接触層１１との全面にわたっての接続によって完成される。

第１の絶縁層７の材料としては、Ｓｉｎ、　５ｉ０２．Ｓｉ３Ｎ。

そしてまた例えば亜鉛・ボロン・シリケートガラスのようなシリケートベースの ガラスといった半導体本体部の材料での無機化合物が適している。さらに、酸化 アルミニウムＡＩｔ２０ｓが適している。しかしまた、ポリイミドでの有機質層 （複数）も使用されつる。この第１の絶縁層７の厚さは少なくとも０．１μｍあ るべきで、０．５〜３０μｍであるのか望ましい。

ベースゾーンの金属被覆６の材料としては、アルミニウム、またはアルミニウム 、クロム、ニッケル、銀での複数金属の積層体が利用されつる。これによれば、 ベースゾーン部分２ａのこの金属での覆いがその中で生ずる横方向の電圧降下を 可能な限り小さく保つために高い導電性を有しなければならないという要求が満 たされる。

エミッタの金属被Ｎ８の材料としては、ニッケルとクロムのまたはそれらを含む 合金が適している。ニッケルの部分が３５〜６０重量％の範囲にあるクロム・ニ ッケル合金が用いられるのが望ましい。ニッケルが４０重量％、残りがクロムで あるクロム・ニッケル合金で良好な成績が得られた。エミッタの金属被ｒｉ８は ニッケルの代りに酸化珪素を含んでいてもよい。

金属１＆覆６，８は例えば蒸着とかスパッタリンクで生成され得るが、それに続 いての熱的処理段階てなお下地材料に強固に結合される。ベースゾーンの金属被 覆６とエミッタゾーンの部分４との間の距離は少なくとも５μｍあるべきである が、　５００μｍまであってもよい。

本発明による半導体本体部の構造での典型的諸値は、エミッタゾーンの部分４の 幅については２００μｍベースゾーンの金属被覆の幅については８μｍ、絶縁層 ７．９の厚さについては各々５μｍ、そして、エミッタの金属被覆８の厚さにつ いては６μｍである。ベースの金属被覆はアルミニウムで、そして、エミッタの 金属被覆は、例えばニッケルが４５重量％のニッケル・クロム合金でできている 。絶縁層７．９は窒化珪素Ｓｉ３Ｎ、でできている。接触層１１の材料としては 鉛系のろうが用いられている。各突出部８Ｃと接触プレート１２との間の接触層 １１の厚さは３〜５μｍである。

上記のような典型的構造のＧＴＯ−サイリスタの遮断されつるアノード電流は公 知の構造方式でのそれに比べると約５０％大きい。

上記の半導体構成要素を製造するためには、前処理した面積の大きい、望ましく はｎ型の半導体出口側円板が両側においてドーピングされてｐｎｐ積層体１゜２ ．３が作られる。それに続いてマスキングプロセスが用いられてエミッタゾーン の部分４の模様が作られる。その後には、さらに１回のマスキングが用いられて ベースゾーン部分２ａに金属被覆６が施される。

それに続いては全面が、例えば窒化珪素でできた第１の絶縁層７で被覆される。

それに続いての選択的エツチング段階でエミッタゾーンの部分の全体は、残って いる第１の絶縁層７は依然としてベースゾーンの部分２ａとそれに近接するエミ ッタゾーンの部分４の間のゲート接合部を覆うことになるまでの範囲で露出せし められる。

このような方法で得られた、エミッタゾーンの部分４の上に例えばストリップ状 に窓がおいているという半導体本体部上に構成された保護被覆の上に、連続して いてエミッタゾーンの部分のすべてを連接するような第２の金属被覆すなわちエ ミッタの金属被Ｎ８が、例えば蒸着によって取付けられる。そうするとこの金属 被覆は、エミッタゾーンの部分の上では段付きで落ち込んだ形を、そしてそれぞ れの金属被Ｎ６の上では自由な載せ面８Ｃを有してテーブル状に持ち上った形を なしている。

さらにある処理過程において、エミッタの金属被覆８は、第１の絶縁層７と同じ 材料で成る第２の絶縁層９で覆われる。それに続いてのマスキング過程を用いて の選択的除去によって、第２の絶縁層９においては各々の自由な面８Ｃの領域で １つの開口１０が形成され、その開口の中で金属被Ｎ８が表面に出る。第２の絶 縁層９と、その中に設けられた開口の中で露出されたエミッタの金属被覆８とで 形成された表面は、ろう金属１１で覆われる。この際、面８Ｃ同志の間にある個 々の層の段付き形成によって生じた落ち込んだ個所も補償される。このろう金属 １１の被覆の上に接触プレート１２がろう付けによって固定的に取付けられる。

この目的のために、接触プレートは軟ろうが付くように表面前処理をされている 。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、間に少なぐとも２つのｐｎ接合を有して順々に位置する層状ゾーン（１，２ ，３，４）と それら２つの接合の少なくとも１方のエミッタゾーンを形成する外側ゾーンにお いて１つの構造、すなわち、エミッタゾーンの部分（４）とそれと隣接している ベースゾーン（２）におけるエミッタゾーン間の部分（２ａ）とは共通の一表面 を形成しており、ベースゾーンの部分（２ａ）の上には第１の金属被覆（６）が 、 そしてエミッタゾーンの部分（４）の上には第２の金属被覆（８）が存在し、そ れの上には連続した接触プレート（１０）が取付けられているという構造を有す る１つの半導体木体部を有する半導体構成要素において、 第１の金属被覆（６）の各々の上に、ベースゾーンの部分（２ａ）とそれに隣接 するエミッタゾーンの部分（４）との間のｐｎ接合部の各々の上まで伸びている 第１の絶縁層（７）が取付けれれており、第２の金属被覆（８）は、連続してい て第１の絶縁層（７）とエミッタゾーンの部分（４）とを覆う電極として配置さ れており、その形状寸法は、第２の金属被覆（８）の接触プレート（１２）との 接続部と近接したエミッタゾーンの部分（４））対称面との間での第２の金属被 覆の中での横方向の電圧降下が、公称電圧で動作したとき、そのようなどの場所 でも少なくとも１０ｍＶになるように決められており、連続した第２の金属被覆 （８）の上には、両方の金属被覆のコンタクトされるべき場所のすべてを露出さ せ、各ベースゾーンの部分（２ａ）の上方で１つの開口（１０）を有するような 第２の絶縁層（９）が取付けれれており、 第２の絶縁層（９）の上には、開口（１０）の各々を介して第２の金属被覆と接 続されるような連続した接触層（１１）が配置されており、 連続した接触層（１１）の上には１つの平らな接触プレート（１２）が、材料自 体の接続で固定的に取付けれれていること、 を特徴とする半導体構成要素。 ２．第１の絶縁層（７）として半導体材料の無機化合物が用いられている、請求 の範囲第１項に記載の半導体構成要素。 ３．半導体材料の無機化合物として酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素またはシリ ケートベースのガラスが用いられている請求の範囲第２項に記載の半導体構成要 素。 ４．第１の絶縁層（７）として酸化アルミニウムの層が用いられている請求の範 囲第１項に記載の半導体構成要素。 ５．第１の絶縁層（７）としてポリイミドでの有機質層が用いられている請求の 範囲第１項に記載の半導体構成要素。 ６．第２の絶縁層（９）が第１の絶縁層（７）と同じ材料でできている請求の範 囲第１項に記載の半導体構成要素。 ７．絶縁層（７，９）の厚さが少なくとも０．１μｍ、望ましくは０．５〜３０ μｍである請求の範囲第１項ないし第６項のいずれか１項に記載の半導体構成要 素。 ８．第２の金属被覆（８）の材料として、ニッケルとクロムの、またはそれらを 含んだ合金が用いられている請求の範囲第１項に記載の半導体構成要素。 ９．第２の金属被覆（８）の材料としてニッケルの部分が３５〜６０重量％であ るニッケル・クロム合金が用いられている請求の範囲第８項に記載の半導体構成 要素。 １０．第２の金属被覆（８）の材料として酸化珪素のクロムの合金が用いられて いる請求の範囲第１項に記載の半導体構成要素。 １１．第２の金属被覆（８）の厚さが少なくとも１μｍ、望ましくは３〜３０μ ｍである請求の範囲第１項ないし第１０項のいずれか１項に記載の半導体構成要 素。