CONTACT SYSTEM FOR POWER THYRISTOR

Abstract: 1. Contact system for a pressure-contactable power thyristor, which bears a branched gate structure and metallizations (13a, 13b) on an active silicon block (12) in the emitter region (1) and in the gate region (2), wherein a contact plate (14), which comprises a flat underside and a bore for the insulated passage of a control connection for a central gate (2a), is mounted on the silicon block (12) for the purpose of pressure-contacting, characterized in that a ductile metal disc (15) with openings (16) corresponding to the gate structure and a bore for the passage of the control connection for the central gate (2a) is inserted between the silicon block (12) and the contact plate (14), and that the positioned ductile metal disc (15) is fixed by means of a resilient plastics material at the surrounding edge.

Description: Kontaktsystem für Leistungs-Halbleiterbauelemente Die Erfindung bezieht sich auf ein Kontaktsystem für ein -thermisch und elektrisch druckkontaktierbares, steuerbares Leistungs-Halbleiterbauelement mit verzweigter Gate-Struktur und Metallisierungen auf Emitterbereich und Gatebereich des aktiven Siliziumblocks. Leistungs-Halbleiterbauelemente, insbesondere Leistungsthyristoren für Frequenzanwendung, enthalten vielfach eine im Emitterbereich integrierte, verzweigte Gate-Struktur. Unter Leistungs-Halbleiterbauelement wird dabei ein Bauelement mit einem Durchlassstrom > 10 Ampere verstanden. Die Verzweigung der Gate-Struktur hat den Vorteil, dass die Einschaltverluste des Thyristors herabgesetzt und die Durchschaltzeiten verkürzt werden. Besonders letztere Forderung gilt in steigendem Mass auch für grossflächige Leistungsthyristoren für Netzanwendung (50 Hz). Wegen der Druckkontaktierung solcher Systeme sind Massnahmen erforderlich, die einen Kurzschluss zwischen der verzweigten Gate Struktur und dem Emitterbereich verhindern. Eine allgemein bekannte Massnahme zur Vermeidung derartiger Kurzschlüsse besteht darin, die auf dem Halbleitermaterial aufgebrachte Metallschicht (Metallisierung) im Emitterbereich dicker als in der Gate-Struktur auszubilden. Dies bedingt nachteiligerweise einen schwierigen Herstellungs- bzw. Aufbringungsprozess der Metallschicht. Bei einer desweiteren allgemein bekannten Massnahme wird vor Aufbringung der Metallschicht die Gate-Struktur mittels eines Ätzprozesses versenkt und danach Metallschichten in gleicher Dicke auf Emitterbereich und Gatestruktur aufgebracht. Als Nachteil ist hier der schwierige Ätzprozess zu nennen. Gemäss einer weiteren allgemein bekannten Massnahme werden Kurzschlüsse zwischen Emitterbereich und Gate-Struktur dadurch vermieden, dass in die zur Druckkontaktierung benötigte Kontaktplatte Vertiefungen entsprechend der Gate-Struktur eingearbeitet werden. Auch dies bedingt einen bei komplizierter Verzweigung der Gate-Struktur schwierigen Herstellungsprozess. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kontaktsystem für Leistungs-Halbleiterbauelemente mit verzweigter Gate Struktur zu entwickeln, bei dem ein Kurzschluss zwischen der verzweigten Gate-Struktur und dem Emitterbereich verhindert wird, ohne dass zur Erzielung dieser Massnahme aufwendige Herstellungsprozesse notwendig sind. Diese Ausgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass eine cu,stlle Metallscheibe mit Aussparungen entsprechend der geometrischen Struktur des Gatebereichs zwischen den Metalli sierunqen und einer Kontaktplatte eingelegt ist. Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbe sonderte darin, dass die Metallschichten auf der Halbleiteroberfläche im Gate- und Emitterbereicn gleich dick sein können und zudem auf gleichem Höhenniveau liegen. Deswei toren kann eine ebene Kontaktplatte Verwendung finden. Vorzugsweise besteht die duktile Metallscheibe aus Silber und weist eine Dicke von 30 bis 500 um auf, Gemäss eIner Ausbildung der Erfindung wird die duktile Ne- tallscheibe nach erfolgter Justierung mittels eines elastischen Kunststoffes am umlaufenden Rand fixiert. Dadurch ist vorteilhafterweise kein Verdrehen oder Verschieben der justierten, duktilen Metallscheibe mehr möglich. Desweiteren werden die Aussparungen der duktilen Netall- scheibe durch Elektroerosion hergestellt. Durch Flektro- erosion crcier die Ausspa unen völlig gratfrcl er zeugt, was bei einem Druckkontaktsystem einen grossen Vorteil darstellt. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Siliziumaktivteil eines grossflächigen Leistungsthyristors mit verzweigter Gate-Struk tur; Fig. 2, einen Schnitt durch das Siliziumaktivteil 3, 4 eines Leistunasthyristors längs der Linie AB bei bekannten Systemen; Fig. 5 einen Schnitt durch das Siliziumaktivteil eines Leistungsthyristors längs der Llnie AR beim erfin- dungsgemässen System. In Fig. 1 ist das Siliziumaktivteil eines grossflächigen Leistungsthyristors dargestellt Ein Emitterbereit 1 ist dabei von einer verzweigten, sternförmig aufgebauten Gate-Struk- tur 2 durchsetzt. Die Gate-Struktur 2 selbst weist im Zentrum des scheibenförmigen Siliziumaktivteiles ein entral Gate 2a sowie ein ringförmig darum ausgebildetes Folgegate 2b auf. Das Folgegate 2b verzweigt sich sternförmig auf der Halbleiteroberfläche. Zur Beschreibung des Aufbaues und der Wirkungsweise dieses Amplifying-Gate wird auf die Druckschrift "The Amplifying Gate SCR" von John C. Hey, Publication (71. 15 3/69 der General Eiectric Company hingewiesen. Der allgemein gültige Aufbau eines Halbleiterbauelementes mit Wuckkontakten ist beispielsweise aus der DE-PS 2C 39 8G6 bekannt. Zum besseren Verständnis des erfindungsgemässen Kontaktsystams sind in den Fig. 2, 3 und 4 zunächst die bereits erw@hnten bekannten Systeme dargestellt. In Fig. 2 ist ein Schnitt durch das Siliziumaktivteil aines Leistungsthyristors gemäss Fig. 1 längs der Linie AB dargestellt. Ein Siliziumblock 3 mit Emitterbereich 1 und Gate-Struktur 2 ist dabei von einer Metallisierung 4 bedeckt und zwar überdeckt die Metalllsie- rung 4a den Emitterbereich 1 une die Metallisierung 4b die Gate-Struktur 2. Die MetallisIerung 4 auf dem Siliziumblock 3 ist im Gatebereich 2 dünner als im Emitterbereich 1. Auf die Metallisierung4 wird eine zur Druckkontaktierung benö tigte Kontaktplatte 5 aufgesetzt. In Fig. 3 weist ein Siliziumblock t elne durch einen Atzpro- zess versenkte Sate-Struktur 2 und einen ifl Vergleich hferz erhöhten Emitterbereich 1 auf Die met@llisierung 7, beste- hend aus der Metallisierung 7a auf der. Emitterbereich 1 und der Metallisierung 7b auf dem Gatebereich 2, weist gleiche Dicken auf. Gemäss Fig. 4 ist die auf einem Siliziumblock 9 aufgebrachte Metallisierung 10 in beiden Bereichen, auf Emitterbereich 1 (Metallisierung 10a) und auf der Gate-Struktur 2 (Metallisierung 10b) gleich dick. Die aufliegende Kontaktplatte 11 hat jedoch im Gatebereich Aussparungen entsprechend der Gate Struktur 2. In Fig. 5 ist in Verbindung mit Fig. 1 das eigentliche Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Ein Siliziumblock 12 weist sowohl in seinem Emitterbereich 1 als auch in seinem Gatebereich 2 Metallisierungen 13 (Metallisierung 13a im Emitterbereich 1 und Metallisierung 13b im Gatebereich 2) von gleicher Dicke auf. Eine zur Druckkontaktierung aufgesetzte Kontaktplatte 14 ist eben und weist lediglich in ihrem Zentrum eine Bohrung zur isolierten Durchführung des Steueranschlusses für das Zentralgate 2a auf. Die Kontaktplatte 14 besteht vorzugsweise aus Molybdän. Ihr liegt im Normalfall ein hier nicht dargestellter Druckkontaktkörper aus kupfer an. Zwischen der Kontaktplatte 14 und der Metallisierung 13 liegt eine duktile Netallscheibe 15, dle Aussparungen 16 entsprechend der geometrischen Struktur des Gatebereichs 2 aufweist. Diese duktile Metallscheibe 15 besteht vorzugsweise aus Silber und ist vorzugsweise zwischen 30 und 500 um dick. Die der Form des Gatebereichs 2 entsprechenden Aussparungen 16 der Metallscheibe 15 werden durch Elektroerosion, Stanzen oder auch Ätzen eingeformt. Nach Auflegen der Metallscheibe 15 auf die Oberfläche des metallbeschichteten Siliziumblocks 12 erfolgt eine Justierung der Scheibe 15 entsprechend der Gate-Geometrie. Um einem Verdrehen oder Verschieben der Metallscheibe 15 entgegenzuwirken, wird die Scheibe 15 mittels eines elastischen Kunststoffes am Umfang fixiert. Danach wird die ebene Kontaktplatte aufgedrückt. Die so ausgerüsteten Leistungs-Halbleiterbauelemente eignen sich beispielsweise zur Anwendung als Frequenzthyristoren oder auch als Hochleistungsthyristoren für eine Hochspan- nungsGleichstrom-Übertragungsanlage (HGÜ)

Claims: Ansprüche 1. Kontaktsystem für ein thermisch und elektrisch druckkontaktierbares, steuerbares Leistungs-Halbleiterbauelement mit verzweigter Gate-Struktur und Metallisie- rungen auf Emitterbereich und Gatebereich des aktiven Siliziumblocks, dadurch gekennzeichnet, dass eine duktile Metallscheibe (15) mit Aussparungen (16) entsprechend der geometrischen Struktur des Gatebereichs (2) zwischen den Metallisierungen (12) und einer Kontaktplatte (14) eingelegt ist. 2. Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die duktile Metallscheibe (15) aus Silber besteht. 3. Kontaktsystem nach einem oder mehreren der vor ste:cnuer, Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die duktile Metallscheibe (15) eine Dicke von 30 bis 500 um aufweist. 4. Kontaktsystem nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die justierte, duktile Metallscheibe (15) mittels eines elastischen Kunststoffs am umlaufenden Rand fixiert ist. 5. Kontaktsystem nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (16) der duktilen Metallscheibe (15) durch Elektroerosion hergestellt werden.

Inventors: EISELE, DIETER, DIPL.-PHYS., WEIMANN, KLAUS, DIPL.-ING.
Applicants: BROWN, BOVERI & CIE AKTIENGESELLSCHAFT MANNHEIM
Application year: 1979
Main classification: H01L23
IPC codes: H01L23, H01L29, H01L21