DE3448379C2 - Gate-Abschaltthyristor - Google Patents

Gate-Abschaltthyristor

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gate-Abschaltthyristor nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches 2.
Ein derartiger Gate-Abschaltthyristor ist aus der DE-OS 27 12 533, Fig. 9 bekannt. Bei diesem Gate-Abschaltthyristor sind die Bereiche der kammartig ausgebildeten zweiten Emitter­ schicht mit einer die Kathoden-Elektrode bildenden Aluminium­ schicht bedeckt. Bei den feinen Kathodenstrukturen, die für einen hohen steuerbaren Anodenstrom nötig sind, ist es dann schwierig, die Zuleitungsdrähte auf den Elektroden zu befe­ stigen, und in der DE-OS 27 12 533 ist darüber auch nichts ausgeführt.
Aus der US-PS 3 633 076 ist ein Verfahren zum Anbringen eines Anschlußdrahtes an einen Halbleiter bekannt, bei dem ein Strei­ fen aus drei Schichten zwischen dem Halbleiter und dem Draht verwendet wird. Auf der dem Halbleiter zugewandten Seite ist wahlweise eine Schicht aus Mo, W, V oder Cr vorgesehen, welche den ohmschen Kontakt zum Halbleiter herstellt, dann folgt eine Schicht aus Ni, Fe, Co, Mn oder ggf. Cr und schließlich eine Au- Schicht. Eine Aluminium-Elektrode ist nicht vorgesehen.
Aus der DE 28 09 863 A1 ist ein Halbleiterbauelement bekannt, bei dem die Zuleitungen für Ströme über 2 A ausgelegt sind. Dazu befindet sich auf der zu kontaktierenden Halbleiterzone eine Aluminiumschicht als Elektrode. Darauf ist, um das Anlöten eines Anschlußdrahtes zu ermöglichen, ein dreilagiger Kontaktbereich ausgebildet mit einer Cr- oder Ti-Schicht als erste Lage, einer Ni-Schicht als zweite Lage und einer Au- oder Pd-Schicht als dritte Lage. Insbesondere die Chrom- oder Titanschicht erschwert wegen ihrer Zusammensetzung die Anpassung der Elektrode an das Halbleiterbauelement.
Ein weiterer GTO-Thyristor ist aus der DE 32 00 807 A1 bekannt und wird nun mit Bezug auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben.
Fig. 1 ist eine Aufsicht auf ein Gate-Abschaltthyristorchip 100. Eine Glaspassivierung 109 ist am Rande des Chips 100 vorgesehen. Eine metallische Gate-Elektrode 106 ist innerhalb der Glaspas­ sivierung 109, und eine metallische Kathodenelektrode 107 ist weiter innerhalb vorgesehen, wobei diese in die Elektrode 106 in Form der Zähne eines Kammes paßt. Diese Elektroden sind gegen­ einander durch einen schützenden Oxidfilm 108 isoliert.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht, die entlang der Linie 2-2 in dem in Fig. 1 gezeigten Chip 100 aufgenommen wurde. Eine zweite Basisschicht 103 vom p-Typ und eine erste Emitterschicht 102 vom p-Typ werden auf und unter einer ersten Basisschicht 101 vom n- Typ eines Siliziumeinkristallsubstrats vom n-Typ gebildet. Als Verunreinigung vom p-Typ wird Gallium, Bor oder ähnliches diffundiert. Eine zweite Emitterschicht 104 vom n-Typ, die Verunreinigungen vom n-Typ, wie Phosphor, enthält, wird durch Diffusion in Teilbereichen auf der oberen Oberfläche der zweiten Basisschicht 103 vom p-Typ gebildet. Auf den Oberflächen der ersten Emitterschicht 102, der zweiten Basisschicht 103 und der zweiten Emitterschicht 104 werden in Ohm′schem Kontakt eine metallische Anodenelektrode 105, die metallische Gate-Elektrode 106 und die metallische Kathodenelektrode 107 gebildet.
Fig. 3 ist eine Schnittansicht des Aufbaus, die entlang der Linie 3-3 des Chips 100 in Fig. 1 aufgenommen wurde. Im allge­ meinen hat die Metallschicht der metallischen Anodenelektrode 105 einen mehrfach metallischen Aufbau aus Al-Mo-Ni-Au, Al-Zn- Ni-Au oder Cr-Ni-Au, so daß der Chip 100 auf einem Kühlblech oder ähnlichem durch Löten befestigt werden kann. Für die Gate- Elektrode 106 und die Kathodenelektrode 107 wird Al verwendet, da Al zur Bildung der Feinstruktur, die notwendig ist, um die gewünschten Funktionen des Gate-Abschaltthyristors zu erhalten, geeignet ist. Zum Anschluß der Kathoden- und Gate-Elektroden 107, 106 wird im allgemeinen eine Methode angewandt, bei der, wie in Fig. 6A in vergrößerter Weise gezeigt, ein dünner, nach außen führender Al-Draht 300 mit einem Durchmesser von ungefähr 300 bis 400 µm auf der Al-metallischen Oberfläche durch Ultra­ schall-Schweißen befestigt wird. Dabei ist es zum Schalten grö­ ßerer Ströme, und wenn dünne Al-Drähte verwendet werden, not­ wendig, eine Mehrzahl von Drähten parallel durch Ultraschall- Schweißen anzuordnen, was eine uneffiziente Zusammenbauarbeit zur Folge hat.
Um die oben beschriebenen Nachteile eines herkömmlichen Gate- Abschaltthyristors zu vermeiden, ist es Aufgabe der Erfindung, einen Gate-Abschaltthyristor vorzusehen, bei dem die Verbin­ dungsdrähte zur metallischen Kathode und/oder Gate-Elektrode mit hoher Zuverlässigkeit und hoher Effizienz des Zusammenbaus, ohne die Leistungsfähigkeit des Gate-Abschaltthyristors zu ver­ schlechtern, angebracht werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Gate-Abschaltthyristor, der durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 oder 2 gekenn­ zeichnet ist.
Weitere Eigenschaften des Gate-Abschaltthyristors ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Fi­ guren. Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine Aufsicht auf ein herkömmliches Gate-Abschalt­ thyristorchip;
Fig. 2 eine Schnittansicht des Aufbaus, die entlang der Linie 2-2 des in den Fig. 1 und 4 gezeigten Chips aufgenommen ist;
Fig. 3 eine Schnittansicht des Aufbaus, die entlang der Linie 3-3 des in Fig. 1 gezeigten Chips aufgenommen ist;
Fig. 4 eine Aufsicht auf das Gate-Abschaltthyristorchip einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5 eine Schnittansicht des Aufbaus, die entlang der Linie 5-5 des in Fig. 4 gezeigten Chips aufgenommen ist;
Fig. 6A ein herkömmliches Verfahren zum Anschluß eines Verbindungsdrahtes an eine metallische Kathodenelek­ trode oder eine metallische Gate-Elektrode; und
Fig. 6B ein erfindungsgemäßes Verfahren.
In den Zeichnungen kennzeichnen identische Bezugszeichen iden­ tische oder entsprechende Teile.
Der Querschnitt des in Fig. 4 gezeigten Chips entlang der Linie 2-2 ist der gleiche wie der von Fig. 2, während die Fig. 5 den Querschnitt entlang der Linie 5-5 zeigt. Der Aufbau des Haupt­ teils des Gate-Abschaltthyristors mit den Merkmalen der Erfin­ dung ist derselbe wie der des herkömmlichen Gate-Abschaltthyri­ stors nach den Fig. 1 bis 3, und daher wird eine detaillierte Beschreibung darüber weggelassen. Der Gate-Abschaltthyristor nach Fig. 4 unterscheidet sich im Aufbau, verglichen mit dem Gate-Abschaltthyristor nach Fig. 1, dadurch, daß Kontaktbereiche 107a, 106a als lötbare Metallschicht zum Anschluß von Verbin­ dungsdrähten gebildet sind. Als lötbare Metallschicht der Kon­ taktbereiche 107a und 106a wird ein mehrfacher Metallaufbau aus Al-Mo-Ni-Au oder Al-Zn-Ni-Au angewendet.
Als Verfahren zur Bildung des mehrfachen Metallaufbaus der Kon­ taktbereiche wird ein Aufdampfverfahren oder ein kombiniertes Verfahren aus Aufdampfen, Überziehen u.ä. angewendet. Dabei wird ein Verfahren angewendet, bei dem gleichzeitig mit der Bildung der Al-Metallschicht, die die Kontaktbereiche 107a und 106a ausschließt, die Al-Metallschicht unter den Kontaktbereichen 107a und 106a durch einen Aufdampfprozeß gebildet wird, und dann wird der geschichtete Metallaufbau der Kontaktbereiche 107a und 106a gebildet. Alternativ kann auch ein Verfahren angewandt werden, bei dem die Kontaktbereiche 107a und 106a durch einen von dem Prozeß der Bildung der Al-Metallschicht 107 und 106 ab­ weichenden Prozeß gebildet werden.
Ein Beispiel zur Verbindung der Anschlußdrähte mit den Kontakt­ bereichen 107a und 106a ist in Fig. 6B gezeigt. Ein lötbarer nickelüberzogener Verbindungsdraht 400, der aus relativ dünnem Kupferblech o. ä. hergestellt ist, ist mit einem Lötmaterial 200 auf den Kontaktbereich 107a oder den Kontaktbereich 106a, die zum Anschluß der Verbindungsdrähte gebildet sind, gelötet.
Die Erfindung kann auch auf ein Halbleiterelement, wie einen Leistungstransistor, der eine feinstrukturierte Metallelektrode besitzt, angewendet werden.

Claims (2)

1. Gate-Abschalthyristor mit einem Vierschichtenaufbau aus Schichten abwechselnd entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, mit einer ersten Emitterschicht (102), einer unmittelbar darüber angeordneten ersten Basisschicht (101), einer darauf ausgebildeten zweiten Basisschicht (103) und einer in einem Teilbereich der freien Oberfläche der zweiten Basisschicht (103) entsprechend den Zähnen eines Kammes ausgebildeten zweiten Emitterschicht (104) sowie mit jeweils einer auf der jeweiligen freien Oberfläche der ersten und zweiten Emitterschicht (102, 104) und der zweiten Basisschicht (103) angeordneten Elektrode aus Aluminium als Anoden-, Kathoden- und Gate-Elektrode (105, 107, 106), wobei Gate und Kathode mit jeweils einem zusätzlichen Kontaktbereich (106a, 107a) zur Verbindung mit jeweils einem Anschlußdraht versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Kontaktbereich (106a, 107a) zueinander benachbarte Schichten mit dem Aufbau aus Al-Mo-Ni-Au aufweist.
2. Gate-Abschaltthyristor mit einem Vierschichtenaufbau aus Schichten abwechselnd entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, mit einer ersten Emitterschicht (102), einer unmittelbar darüber angeordneten ersten Basisschicht (101), einer darauf ausgebildeten zweiten Basisschicht (103) und einer in einem Teilbereich der freien Oberfläche der zweiten Basisschicht (103) entsprechend den Zähnen eines Kammes ausgebildeten zweiten Emitterschicht (104) sowie mit jeweils einer auf der jeweiligen freien Oberfläche der ersten und zweiten Emitterschicht (102, 104) und der zweiten Basisschicht (103) angeordneten Elektrode aus Aluminium als Anoden-, Kathoden- und Gate-Elektrode (105, 107, 106), wobei Gate und Kathode mit jeweils einem zusätzlichen Kontaktbereich (106a, 107a) zur Verbindung mit jeweils einem Anschlußdraht versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Kontaktbereich (106a, 107a) zueinander benachbarte Schichten mit dem Aufbau aus Al-Zn-Ni-Au aufweist.
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