JPH07273309A - 電力半導体素子 - Google Patents

電力半導体素子

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JPH07273309A
JPH07273309A JP7062960A JP6296095A JPH07273309A JP H07273309 A JPH07273309 A JP H07273309A JP 7062960 A JP7062960 A JP 7062960A JP 6296095 A JP6296095 A JP 6296095A JP H07273309 A JPH07273309 A JP H07273309A
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シュルツ エックハルト
Werner Sichelstiel
ジッヒェルシュティール ヴェルナー
Heinz-Olaf Haenel
ヘーネル ハインツ・オーラフ
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  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Thyristors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 経済的に有利に製造可能な高電力及び高耐逆
電圧用の半導体素子を提供する。 【構成】 高電圧及び高温定格用の少なくとも1個のp
n遷移域及びプレーナ構造を有する高電力ダイオードお
いて、プレーナ構造の全ての表面不活性化を付加構成さ
れたガラス構造5のみで実現する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、1200V以上の高耐
逆電圧及び高温定格用の少なくとも1個のpn遷移域及
びプレーナ構造を有する電力半導体素子に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】高耐電圧半導体素子は、大電力の電気・
電子回路の発展に伴い、特に駆動技術の回路装置の新た
な創生に益々重要になっている。電力定格が大きくなる
のと並行して、半導体素子の高耐電圧も高度になるべき
である。安定度の要求と共に、高動作電圧及び高周波の
動作範囲についても当業者は新たな課題に直面してい
る。
【0003】Solid State Electronics, Vol.25, No.5,
pp.423-427,1982では、”電界制限リング電位リング
(Field limiting ring)”構造により、高耐電圧プレー
ナ層の達成の可能性に対する技術的な考察が行われてい
る。
【0004】"IEEE, Vol.ed.26, No.7 von 1979"には、
電界効果電極によるプレーナ構造の酸化物層の強度の影
響について記載されている。この概略した従来技術は、
この分野での固有の動作に鑑みて、パラメータを改良す
るための多数の発想の基礎になっている。いずれの場合
にも、それぞれの新たな課題により従来技術を改良し、
別の知識が得られ、公開されている。
【0005】ドイツ特許第 3024939 号公報には、例え
ばサイリスタについて表面不活性化(Oberflaechenpass
ivierung)の特性の意味が詳細に説明されている。耐逆
電圧の劣化の発生が不活性化材料の不純物イオンに起因
するという認識は、メサー構造を有するサイリスタだけ
でなく、プレーナ構造に対しても同様に適用される。
【0006】ドイツ特許第 3338718 号公報には、チャ
ネルストッパを特徴とし、また互に関連する所定の絶縁
値を有する少なくとも1つの別の絶縁層が、縁構造の絶
縁層に成層されているプレーナ半導体構造の耐電圧が記
載されている。
【0007】ドイツ特許第 3542166 号公報には、ガラ
ス不活性化及び部分的なメサー構造を有する高電圧トラ
ンジスタを形成するための高価ではあるが非常に興味の
ある製造方法が記載されている。この方法は、他の類似
の目標機能を有する方法も、LTO、CVD、窒化物、TEOS 又は
SIPOS 層を形成するための不活性化方法だけを述べてお
り、製造上非常に高価で、製品が高コストになる。
【0008】チップの外側境界に電位リングを構成する
ことは、高耐電圧の非常に安定した半導体素子をもたら
す。これは、耐電圧を高くする素子の形成に際して他の
方法と並んで最近の文献にしばしば利用されている。既
述の文献の他に、課題が非常に近似するので、ドイツ特
許第 3721001 号公報及び欧州特許公開第 0485648 号公
報も挙げることができる。同様に、メサー構造、熱形成
された酸化物の全ての不活性化方法及び有機的な"Junct
ion coating"による不活性化は、従来技術に属する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、製造方法が
技術的に不可欠な他の製造過程及び方法に適合可能で、
かつ非常に経済的に有利に製造可能な高電力及び高耐逆
電圧用の半導体素子を形成することを課題にする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この課題は、高電圧及び
高温定格用の少なくとも1個のpn遷移域及びプレーナ
構造を有する電力半導体において、プレーナ構造の全て
の表面不活性化を付加構成されたガラス構造により専ら
実現することにより解決される。
【0011】本発明はダイオードの例について説明する
が、従来技術を基に得られた認識が本発明の解決につな
がっている。実施例では、電力半導体回路装置の整流回
路におけるフライホイールダイオードとして採用される
電力ダイオードについて説明する。このようなダイオー
ドは、整流回路に採用されるトランジスタ回路にパラメ
ータ的に適合可能で、製造技術的には回路装置の製造の
技術過程に耐える必要がある。この高度な技術的な要請
は、経済的に実現されねばならない。このような電力ダ
イオードの必要なパラメータは、一方では従来技術に対
応した手段の使用により、他方では次に説明する本発明
の手段により達成される。
【0012】
【作用】付加構成されたガラス構造により、プレーナ構
造の全ての表面不活性化が行われ、高い逆耐電圧特性及
び高い動作温度での高い電圧安定度が得られる。
【0013】
【実施例】図1乃至図6を基に本発明のプレーナ構造の
ダイオードの製造過程を概略的に説明する。図1は本発
明の電力ダイオードの拡散後の断面図である。図2はス
ピンオン技術によるガラスサスペンションの成層状態を
示すもので、ガラスは半導体技術で要求され、かつ従来
技術で使用されているように、良好な絶縁特性を有する
通常の鉛、ケイ酸塩ガラスである。図3はガラス層の溶
融後のウエハの状態を示すもので、サスペンションの溶
融用処理パラメータは周知であり、最大密度が870℃
の溶融温度で生じるガラスが使用される。図4はガラス
の写真構成後の状態を示すもので、使用されるフォトエ
ッチングマスク及びエッチング化学薬品は従来技術のも
ので、エッチング過程で所定のエッチング縁を形成する
ようなガラスエッチングの使用を参考にするのが重要で
ある。図5はアノード側のその構成前の金属被覆(Meta
llisierung)の状態を示すもので、アノード金属の選択
は素子のさらに別の処理に従い、例えば陽極側にボンド
により外側の接触部を設ける場合、アルミニウムの蒸着
が好ましい。図6はカソード側をも金属被覆された素子
の断面図を示すもので、素子の外側の接触部用にろう付
け技術を使用する際にはカソード側に従来技術に対応す
るろう付け可能な接点を用いる。
【0014】図6はダイオードの横断面の等尺によらな
い基本的な構成を示すもので、電力ダイオードの縁領域
の断面を示す。ダイオードの原材料は、50及び100
Ωcm間の耐電圧条件に応じたグランドドーピング部
(2)を有し、nにドープされている。ダイオード特性
を改良するために、周知の方法により3D方法で陰極側
に追加的に負の電荷キャリア(1)が拡散されている。
【0015】陽極ドーピング部(3)の形成のために、
拡散過程でpの電位リング(3)の並列形成を可能にす
るフォトマスクが使用される。本発明の電力ダイオード
では、素子の切り離し後にダイオードの外側縁になる領
域にn++のストップ電極(4)が拡散される。
【0016】本発明による素子の高安定度は、前述の拡
散に続く不活性化により得られる。拡散中に熱的に膨張
する全ての酸化物は、エッチング技術により除去され、
表面が高度に純化される。
【0017】電位ポテンシャルリングの領域には、約1
2μmの均一に形成された層厚のガラス状の高耐電圧の
絶縁層が構成される。エッチング技術により、シールド
電極(6)もしくは電界板(7)の下方に酸化物層が4
0°程度の角度で突出するように、所与の角度で付加構
成されたガラスの縁を形成することが可能である。
【0018】絶縁層の前述の規定のガラス層厚(5)
は、逆電圧の印加及び高動作温度(150℃の接合温
度)に際して、チップ周囲及びガラス絶縁層の下方にお
ける素子表面間のイオン変動を回避させる。これは、ポ
リイミド又は接合コーティングの成層に際して常に観察
される。
【0019】電界板構造(7)とストップ電極(4、
6)との組み合せは、ケイ素表面での導電チャネルの形
成を防止する。図6において符号8は、カソード側に形
成させた金属被覆部を示す。金属被覆部8はろう付け可
能な金属(例えば銀)から成り、モジュールまたは回路
を組み立てる際に回路装置の適当な基部(例えば絶縁体
の銅層)にろう付けされる。
【0020】本発明のダイオードは、製造の単純化に加
えて別の顕著な特徴を有する。つまり、このタイオード
はさらにろう付け技術の処理を行う際に丈夫である。ま
た、絶縁特性を損なうことなく、キャリヤ寿命期間を設
定するために他の不純物拡散を行うこともできる。
【0021】絶縁層は、電子照射又はヘリウム核の注入
のような照射の利用に対して制限なく適合する。充分に
高い耐逆電圧特性を達成するためのダイオードの例につ
いての技術は、一般的に同様な方法により1個以上のp
n遷移域を有する素子にも適用される。
【0022】したがって、同様な方法でバイポーラトラ
ンジスタ、インセル、ゲート、バイポーラトランジスタ
又はMOSFETが、部分的に"Spin on" ガラス領域を伴って
製造され得る。
【0023】電位リング構造用の空間は、幾何学形状の
縮小に際して重要な意味を果たす。本発明のガラス不活
性化には、電極の成層はドイツ特許第 3338718 号公報
で符号(7)で示されているような電極の成層が適合す
る。本発明のガラスにこのように形成された電極は、そ
こに説明されているのと同じ作用を果たす。この電極
は、併せて図5に対応して金属被覆可能であり、続いて
図6に示すように構成可能である。
【0024】
【発明の効果】以上、本発明によれば、経済的に有利に
製造可能な高電力・高耐逆電圧・高温下の高電圧安定度
用半導体素子が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電力ダイオードの拡散後の要素の断面
図である。
【図2】同電力ダイオードのスピンオン技術によるガラ
スサスペンションの成層状態を示す。
【図3】同電力ダイオードのガラス層の溶融後のウエハ
の状態を示す。
【図4】同電力ダイオードのガラスの写真構成後の状態
を示す。
【図5】同電力ダイオードのアノード側のその構成前の
金属被覆部を示す。
【図6】同電力ダイオードのカソード側をも金属被覆さ
れた状態の断面図を示す。
【符号の説明】
3 電位リング構造 5 ガラス構造 6 シールド電極 7 電界板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴェルナー ジッヒェルシュティール ドイツ連邦共和国 デー・90552 レーテ ンバッハ/ぺーグニツ フリードリヒ フ ォン フューラーシュトラーセ 11 (72)発明者 ハインツ・オーラフ ヘーネル ドイツ連邦共和国 デー・96152 ブルク ハスラッハ リンデンヴェーク 1

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高電圧及び高温定格用の少なくとも1個
    のpn−遷移域及びプレーナ構造を有する電力半導体素
    子において、 プレーナ構造の全ての表面不活性化が、付加構成された
    ガラス構造(5)のみにより実現されていることを特徴
    とする電力半導体素子。
  2. 【請求項2】 ガラス構造(5)が鉛−ケイ酸塩ガラス
    より形成されていることを特徴とする請求項1の電力半
    導体素子。
  3. 【請求項3】 ガラス構造(5)が境界縁に鋭い段部を
    所定のエッチング縁として有することを特徴とする請求
    項2の電力半導体素子。
  4. 【請求項4】 電力半導体素子が電位リング構造(3)
    を有するダイオードであり、カソード側にガラス構造
    (5)をその内側の段部領域で重ねる電界プレート
    (7)を有し、ガラス構造(5)の外側の段部を覆うシ
    ールド電極(6)を所持することを特徴とする請求項3
    の電力半導体素子。
  5. 【請求項5】 ガラス構造(5)が、熱的に生成された
    酸化物層の除去後に拡散されたケイ酸ディスクへ遠心分
    離され、870℃でのガラスの焼結後に光化学的に形成
    されるサスペンションから形成されていることを特徴と
    する請求項2の電力半導体素子。
  6. 【請求項6】 ガラス構造(5)が電位リング(3)上
    において金属被覆により電気力線作用を及ぼし、かつさ
    らにエッチングにより形成された開口部を有することを
    特徴とする請求項2の電力半導体素子。
  7. 【請求項7】 ガラス構造(5)が10μm及び20μ
    m間の層厚を有することを特徴とする請求項1の電力半
    導体素子。
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