DE2026036A1

DE2026036A1 - pn-Planarhalbleiterelement für hohe Spannungen

Info

Publication number: DE2026036A1
Application number: DE19702026036
Authority: DE
Inventors: Susumu Ibaragi; Kaneko Tadataka Suita; Esaki Hideya Hirakata; Naomoto (Japan). P
Original assignee: Matsushita Electronics Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1969-05-28
Filing date: 1970-05-27
Publication date: 1972-02-17
Also published as: FR2043729A1; GB1304741A; DE2026036C3; FR2043729B1; US3675091A; DE2026036B2; JPS4921984B1

Description

PATENTANWÄLTE

. ehem. Dr. D. Thomsen Dipi.-ing. H.Tiedtke G. Bühling

W. We in kau ff

MÜNCHEN 2

TAL 33

TEL. M11 "»««»ι 295051 CABLES: THOPATENT TELEX: FOLGT

FRANKFURT (MAIN) SO FUCHSHOHL 71

TEL· MII/51 UM

Antwort erbeten nach ι Please reply toi

8000 München 2 26. Mai 1970 case 21958 / T 3646

Matsushita Electronics Corporation Osaka, Japan

und

Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Osaka« Japan

pn-Planarhalbleiterelement für hohe Spannungen

Die Erfindung bezieht sich auf ein pn-Planarhalbleiterelement für hohe Spannungen. pn-Planarhalbleiterelemente weisen die Vorteile auf, daß der Endteil eines pn-überganges, der an die Oberfläche eines Grundhalbleiters herantritt, durch einen Schutzfilm, wie Si 0 , bedeckt ist und daß die Eigenschaften des Halbleiterelements nicht durch den Einfluß der umgebenden

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Atmosphäre verschlechtert werden, so daß ein derartiges Element günstige Eigenschaften behält und ebenso für die Massenproduktion geeignet ist".

Jedoch weisen Halbleiterelemente dieser Art die Nachteile auf, daß die Verunreinigung dasu neigt₉ an dem Oberflächenteil * eines Grundhalbleiters unter dem Schutsfilm zu konzentrieren und daß die Durchbruchspannung an dem Endteil des pn-übergänges in der Nähe der Oberfläche des Grundhalbleiters gegenüber der Durchbruchspannung des pn-überganges in dem Grundhalbleiter aufgrund der Belastung, die zwischen dem Schutsfilm und dem Grundhalbleiter auftritt, und anderen Gründen niedrig ist, so daß die Gesamt-Durehbruchspannung des pn-Planarhalbleiterelements dasu neigt, niedrig zu sein»

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein pn-Planar-" halbleiterelement zu schaffen, bei dem. eine Raumladungsschicht effektiv ausgedehnt wird, wenn der pn-übergang in Sperrichtung vorgespannt ist« um darait eine höhere Durchbruchspannung zu* gewährleisten.

Diese Aufgabe ist bei einem pn-Planarhalbleiterelement für hohe Spannungen mit einem Grundhalbleiterj, der einen Bereich einer Leitfähigkeitsarfc darstellt₉ ferner mit einesn in diesem gebildeten Bereich der anderen Leitfühigkeitsart und schließlich mit einem Sehufcgfilsv der die Oberfläche des

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halbleiters einschließlich des an diese herantretenden pnüberganges überdeckt, dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß eine Metallschicht auf einem Bereich höheren Widerstandes der beiden den pn-Übergang bildenden Bereiche vorgesehen ist und daß sich eine Metallschichtelektrode mit einem Bereich niedrigeren Widerstandes in ohm¹sehen*Kontakt befindet* wobei die Metallschicht und die Metalischichtelektrode durch einen Leiter ( elektrisch miteinander verbunden sind.

Bei dem erfindungsgemäßen pn-Planarhalbleiterelernent wird ein Elektrodenaufbau gebildet, bei dem eine Metallschicht, die einen pn-Übergang umgibt, auf einem Schutzfilm vorgesehen ist, der die Oberfläche eines Bereiches höheren Widerstandes von zwei Bereichen verschiedener Leitfähigkeitsart bedeckt, die einen pn-übergang bilden. Eine andere Elektrode mit ohm's ehern Kontakt ist in einem Bereich geringeren Widerstandes vorgesehen. Diese beiden Elektroden sind elektrisch miteinander verbunden.

In einem anderen Elektrodenaufbau des erfindungsgemäßen pn-Planarhalbleiterelementes ist die Fläche der auf einer Schutzschicht vorgesehenen Metallschicht so klein wie möglich und Fehler in einem Schutzfilm unter der Metallschicht so gering wie möglich gemacht.

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Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen pn-Planarhalbleiterelements besteht darin, daß der Leiter durch Auflage einer leitenden Metallschicht Gebildet ist,, die gleich der Metallschicht auf dem Bereich- höheren Widers.tand.es und der Metallschichtelektrode ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen pn-Planarhalbleiterelementes besteht darin, daß der Leiter ein Metalldraht ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen pn-Planarhalbleiterelements besteht darin, daß die Metallschicht auf dem Bereich höheren Widerstandes, die Metallschichtelektrode und der Leiter aus einem einheitlichen Teil bestehen, das durch Auflage desselben Metalls gebildet ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen pn-Planarhalbleiterelementes besteht darin, daß die Metallschicht auf dem Bereich höheren Widerstandes in einer Ringform gebildet ist, die den pn-übergang umgibt.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen pn-Planarhalbleiterelements besteht darin, daß die Metallschicht auf dem Bereich höheren Widerstandes in Form eines Geflechts gebildet ist.

Weitere Merkmale und durch sie erzielte Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung der Zeichnung, in der eine beispielsweise gewählte AusfUhrungsform des erfindungsgemäßen pn-Planarhalbleiterelementes veranschaulicht ist. Es zeigen:

Fig. la und Ib die Schnittansicht und Draufsicht eines

bekannten pn-Planarhalbleiterelementes; und j

Fig, 2a und 2b die Schnittansicht und Draufsicht eines erfindungsgemäßen pn-Planarhalbleiterelementes.

Um die Durchbruchspannung eines pn-Planarhalbleiterelementee zu erhöhen, wurde bereits der Vorschlag gemacht, eine Metallschichtelektrode auf einem Schutzfilm vorzusehen, der die Oberfläche eines Grundhalbleiters bedeckt, und so eine Raumladungsschicht in einem Grundhalbleiter unter dem Schutzfilm zu bilden. Die Fig. la und Ib zeigen ein derartiges Halbleiterele- * ment, das in bekannter Weise aufgebaut ist.

Das in Fig. la dargestellte Halbleiterelement besteht aus z.B. einem n-Siliciumgrundhalbleiter 1, einem p-diffundierten Bereich 2 mit einer von dem Grundhalbleiter 1 verschiedenen Leitfähigkeit, einem pn-übergang 3, einem Endteil *» des pn-überganges, einem Siliciumoxydfilm 5 und einer Metallschichtelektrode 6, die sich in ohm¹schen\ Kontakt mit dem p-diffundierten Be-

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reich befindet. Die Metallschichtelektrode 6 erstreckt sich . über den Siliciumoxydfilm 5 und geht über den Endteil des ρή-überganges um die Weite W hinaus.

Pig'. Ib zeigt die Draufsicht eines derartigen pn-Planarhalbleiterelementes, wobei der in Fig. la dargestellte Querschnitt längs der Linie A-A verläuft.

Wenn eine Sperrspannung an dieses Halbleiterelement angelegt wird, erreicht die Ausdehnung der Raumladungsschicht des pn-überganges eine Raumladungsschicht an dem Oberflächenteil eines Grundhalbleiters, die durch die Wirkung der Metallschichtelektrode auf dem Schutzfilm gebildet ist₈ so daß die Durchbruchspannung an dem Endteil k des pn-überganges erhöht ist und damit die Durchbruchspannung des pn-Planarhalbleiterelements selbst wirksam erhöht ist.

In einem pn-Planarhalbleiterelement, dessen Durchbruchspannung auf diese Weise erhöht wurde, ist die Raumladungsschicht vergrößert und die Durchbruchspannung erhöht, wenn die Weite W der Metallschicht auf dem Siliciumoxydfilm weiter vercrößert ist. Die Wirkung eines derartigen Elektrodenaufbaus ist jedoch nur unter der idealen Bedingung zu erwarten, daß der Siliciumoxydfilm 5 frei von Störungen ist«

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Es ist jedoch selten der Fall, daß der Film frei von Störungen ist, wenn dieser ein Siliciumoxydfilm ist, der gewöhnlich durch Auflage erhalten wird. In dem in denFig. la und Ib dargestellten bekannten Aufbau, bei dem die Metallschichtelektrode sich über den Siliciumoxydfilm erstreckt, wächst demgemäß die Fläche des Siliciumoxydfilms unter der Metallschichtelektrode mit der zu vergrößernden Weite der Metallschichtelektrode. Die Wahrscheinlichkeit, daß der Siliciumoxydfilm unter der Metallschichtelektrode Fehler enthält, wächst beträchtlich. So ergeben sich die Nachteile, daß die beiden Bereiche verschiedener Leitfähigkeitsart, die einen pn-übergang bilden, durch den Siliciumoxydfilm kurzgeschlossen werden können und damit der Vorteil eines pn-Planarhalbleiterelemenfcs für hohe Spannungen vermindert ist. Dieser Nachteil ist unvermeidbar, solange ein derartiger Aufbau verwendet wird.

Mit dem erfindungsgemäßen pn-Planarhalbleiterelernent für hohe Spannungen'werden die den bekannten Planarhalbleiterelementen anhaftenden Nachteile vermieden und die Durchbruchspannung zuverlässig heraufgesetzt.

Im folgenden wird anhand von Fig. 2a und 2b eine Ausführuncsform des erfindungsgemäßen pn-Planarhalbleiterelements beschrieben. ·

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Fig. 2a zeigt einen Querschnitt längs der Linie B-B in Fig. 2b.

Das in Fig. 2a und 2b dargestellte erfindungsgemäße pn-Planarhalbleiterelement besitzt feine ringförmige Metallschichten 8 und 9 auf einem Siliciumoxydfilm 5» der die Oberfläche eines beispielsweise n-Silicium-Grundhalblei.ters bedeckt. Die ringförmigen Metallschichten sind elektrisch mit der Metallschichtelektrode 7 verbunden, die sich in ohm¹schem Kontakt mit der p-diffundierten Schicht über einen Leiter 10 befindet, der beispielsweise aus einer dünnen Metallschicht, wie in Fig. 2b dargestellt, besteht. In einem derartigen Aufbau werden die Potentiale an den ringförmigen Metallschichten 8 und 9 und dem p-diffundierten Bereich 2 gleich, wenn der pn-übergang in Sperrichtung vorgespannt ist. Die Raumladungsschicht ist wirksam in den n-Grundhalbleiter, wie in dem bekannten Halbleiter, vergrößert und die Durchbruchspannung steigt an.

In dem erfindungsgemäßen pn-Planarhalbleiterelement ist es wichtig, die Weite der Metallschicht auf dem Siliciumoxydfilm' so eng wie möglich zu machen, die Fläche des SiliciumoxydfiIms unter der Metallschicht so klein wie möglich zu machen, die Metallschicht den Endteil des pn-überganges umgeben zu lassen und den Teil, auf dem die Metallschicht vorzusehen ist, auf dem Siliciumoxydfilm liegen, zu lassen, der den Bereich höheren

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Widerstandes der beiden Bereiche verschiedener Leitfähigkeitsart, die den pn-übergang bilden, bedeckt.

Durch Ergreifen dieser Maßnahmen ist die Fläche des Silicium· oxydfilms unter der Metallschicht gegenüber der bei den bekannten Planarhalbleiterelementen verringert. Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Fehlern in diesem Teil nimmt ab. Die Möglich- i keit von auf Fehler zurückzuführenden Kurzschlüssen nimmt ab. Weiterhin kann die Raumladungsschicht zuverlässig vergrößert werden, wenn der pn-Übergang in Sperrichtung vorgespannt ist, und die Durchbruchspannung des erfindungsgemäßen Halbleiterelements vergrößert sich gegenüber der des bekannten Halbleiterelements'.

Es ist zu bemerken, daß der Leiter zum Verbinden der Metallschicht auf dem Siliciumoxydfilm mit der Metallschichtelektrode nicht notwendig eine dünne Metallschicht, wie in Fig. 2 dargestellt, ist* Die Metallschicht und die Metallschichtelektrode können durch einen Metalldraht miteinander verbunden werden.

Die Anzahl der Metallschichten auf dem Siliciumoxydfilm ist frei, soweit sie größer als Eins ist. I

Die Form der Metallschicht ist ebenfalls frei, solange die Metallschicht den Endteil de** pn-überganges umfaßt oder längs

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des.Endteils des pn-Ubergangea vorgesehen ist. Die Metallschicht iat nicht notwendig kontinuierlich, soweit die vergrößerte Raumladungsschicht die Metallschicht kreuzen kann. Weiterhin kann die Metallschicht ein Geflecht sein.

Bei dem erfindungsgemäßen pn-Planarhalbleiterelement i3t die Ourchbruchspannung gegenüber der der bekannten Planarhalbleiterelemente erhöht. Wenn die Fläche der Metallschicht zur Herbeiführung dieser Wirkung merklich verringert ist» ist weiter* hin die Fläche des Schutzfilms unter der Metallschicht natürlich verringert, so daß die Wahrscheinlichkeit, daß der Schutzfilm Fehler enthält, verringert ist und die auf die Fehler zurückzuführenden Nachteile verringert sind und die Produktionsausbeute erhöht ist.

Bei dem erfindungsgemäßen pn-Planarhalbleiterelement ist

also eine Elektrode, die einen pn-übergang umgibt, auf einem

Schutzfilm vorgesehen, der die Oberfläche eines Bereichs höheren Widerstandes von zwei Bereichen verschiedener Leitfähigkeitsart, die einen pn-übergang bilden, bedeckt, wobei eine andere Elektrode in einem Bereich niedrigen Widerstandes in ohm'sehern Kontakt mit diesem vorgesehen iat und beide Elektroden elektrisch miteinander verbunden sind. Dadurch ist der Raumladungsbereich ausgedehnt und die Durchbruchspannung des pn-überganges beim Anliegen einer Sperrspannung erhöht. ;

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COPY

Claims

Patentansprüche

pn-Planarhalbleiter«lement für hohe Spannungen,: cekennzeichnet durch einen Grundhalbleiter (1), der einen Bereich einer Leitfähigkeitsart liefert, ferner durch einen in diesem gebildeten Bereich (2), der einen pn-übergang mit dem Grundhalbleiter . bildet und ein· zum Grundhalbleiter entgegengesetzte Leitfähigkeiteart hat, und schließlich durch einen Schutzfilm (5), der die Oberfläche des Grundhalbleitere ein-. schließlich des an diese herantretenden pn-überganges (3.¹O überdeckt, wobei eine Metallschicht (8,9) auf einem Bereich höheren Widerstandes der beiden den pn-übergang bildenden Bertiche (1,2) vorgesehen ist und sich eine Metallachichtelektro·· ·_; de (7) mit einem Bereich niedrigeren Widerstandes der beiden ;:' den pn-übergang bildenden Bereiche in ohm¹sehen Kontakt befindet, wobei die Metallschicht und die Metallschichtelektrode « "durch einen Leiter (10) elektrisch miteinander verbunden sind.
2. pn-Planarhalb leitereleinent nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (10) durch Auflage einer leitenden Metallschicht gebildet ist, gleich der Metallschicht (8,9) auf dem Bereich höheren Widerstandes und-der Metallschichtelek-

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trode (7) ist.
3. pn-Planarhalbleiterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (10) ein Metalldraht ist.
4. pn-Planarhalbleiterelement nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (8,9) auf dem Bereich höheren Widerstandes, die Metallschichtelektrode (?) und der Leiter (10) aus einem einheitlichen Teil bestehen« das durch Auflage desselben Metalls gebildet ist,
5. pn-Planarhalbleiterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (8,9) auf dem Bereich höheren Widerstandes in einer Hingform gebildet ist, die den pn-übergang umgibt.
6. pn-Planarhalbleiterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallschicht (8,9) auf dem Bereich höheren Widerstandes in form eines Geflechts gebildet ist.

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