具有板狀半導體元件的二極管的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及根據獨立權利要求的類型的具有板狀半導體元件的二極管。
【背景技術】
[0002]已經由DE 195 49 202已知一種具有板狀半導體元件的二極管，所述半導體元件通過第一和第二連接層與第一和第二金屬接通部連接。
【發明內容】
[0003]與此相對，根據本發明的具有獨立權利要求1的特征的二極管具有以下優點:二極管元件通過第一連接層接通而不接通布置在晶體缺陷的邊緣區域中的另一個二極管元件。因此，在正確的接通時電流僅僅流過所述二極管元件而不流過所述另一個二極管元件。如果由于第一連接層的錯誤布置發生另一個二極管元件的接通，則這可以通過對二極管的簡單的電測量證明。因此，通過對二極管的簡單的電測量能夠確定，在第一金屬接通部和半導體元件的第一側之間是否正確實施了連接層。由于另一個二極管布置在具有晶體缺陷的區域中，所以通過截止電流的簡單測量能夠求取，所述另一個二極管是否同樣通過第一連接層與第一金屬接通部電連接。因此，能夠控制制造過程或者能夠證明連接層的由熱引起的移動。因此，能夠改善二極管的質量。
[0004]通過從屬權利要求的特征得到其他優點和改善。特別簡單地實現另一個二極管的接通，其方式是，在第一連接層的錯誤布置時電接通另一個二極管元件的暴露的接通部。在有錯誤的制造過程中或者在二極管的運行期間，由于根據所參與的材料的不同的熱延展系數引起的機械應力產生這種錯誤布置。通過分離過程中的鋸切從空間上非常多個較大的大板特別簡單地分離出半導體元件。通過所述鋸切過程，在半導體元件的邊緣區域中自動化地引入晶體損壞。對于第一個二極管元件考慮多個不同的二極管、例如Pn 二極管、肖特基二極管、平面或溝道MOS場效應晶體管或者柵區域、體區域和源區域彼此短路的MOS場效應晶體管。另一個二極管特別簡單地構造為Pn 二極管。作為連接層，不僅可以是焊料、尤其無鉛焊料或者是由金屬顆粒組成的燒結層。暴露的接通部優選具有金屬層，因為借助另一個二極管的暴露的接通部簡化第一連接層的接通。所述金屬結構尤其可以構造為環形結構，由此阻礙連接層的另一熱蠕變。為了通過簡單的測量可靠地確保在第一金屬接通部和半導體元件的第一層之間正確實施第一連接層，二極管和另一個二極管應當彼此具有橫向間距，所述橫向間距大于在截止情形中從二極管延伸的空間電荷區的寬度，使得二極管的空間電荷區不延伸到另一個二極管元件。在此，在最大可施加的截止電壓時，截止情形理解為空間電荷區的延展。通過由雪崩效應引起的在半導體元件的中間區域中的二極管擊穿，將最大可施加的截止電壓限界到一最大值上。在這種情形中(或者直至更高的電壓)，空間電荷區不應當延伸到邊緣區域中的另一個二極管。替代地，環繞的高摻雜的具有相反極性的半導體層位于半導體表面上的兩個二極管之間，所述相反極性限界空間電荷區的延展。
【附圖說明】
[0005]本發明的實施例在附圖中示出并且在隨后的描述中詳細闡述。附圖示出:
[0006]圖1:根據現有技術的二極管的側視圖/剖面圖；
[0007]圖2:第一實施例；
[0008]圖3:第二實施例；
[0009]圖4:第三實施例；
[0010]圖5:根據本發明的二極管的第四實施例。
【具體實施方式】
[0011]在圖1中在軸線100左側示出橫截圖而在軸線100右側示出用于發電機、尤其用于機動車中的發電機的二極管的外視圖。所述二極管具有壓入底座1，所述壓入底座在其外側上設置有所謂的壓花紋、即凹槽。壓入底座I借助所述壓花紋壓入到金屬的整流器裝置的相應開口中。在此，通過壓花紋的溝痕實現壓入底座I與整流器裝置的緊密的形狀鎖合的連接，由此確保特別好的電接通和特別好的熱導出。如在橫截面中識別出的那樣，壓入底座I還具有安裝底座2，在所述安裝底座上安裝原本的半導體元件3。因此，所述金屬底座2是用于半導體元件3的金屬接通部2。所述半導體元件3通過導電的連接層4與金屬接通部2連接。所述半導體元件3同樣通過導電連接層5與金屬接通部6連接。對于另一討論而言，金屬接通部6稱為第一金屬接通部、連接層5稱為第一連接層、連接層4稱為第二連接層，而金屬接通部2稱為第二接通部。此外，半導體元件3還可以具有薄的表面的接通部層，所述接通部層布置在半導體元件3和第一連接層5以及第二連接層4之間。由Cr、NiV7和Ag的層順序例如可以用于將半導體元件3與第一連接層5以及第二連接層4連接。此外，通過澆鑄體7完全包裹第一金屬接通部6、半導體元件3和第二金屬接通部2的整體。所述澆鑄體7是絕緣的塑料體，其具有以下任務:接收作用到第一接通部6、半導體元件3的第一連接層5、第二連接層4或者第二金屬接通部2上的機械力的一部分。作為澆鑄的輔助，還設置塑料環8，所述塑料環在安裝期間用作塑料體7的澆鑄套管。例如可以將以石英粒填充的環氧化物或者其他耐高溫的塑料用作塑料體7。作為用于第一接通部6或者第二接通部2或者壓入底座I的材料，優選使用好地導電的材料和好地導熱的材料、例如銅。為了保證好的表面質量，所述銅材料例如可以設置有薄的表面的鎳層。例如已經由DE195 49 202已知所述二極管元件、如其在圖1中示出的那樣。
[0012]對于第一連接層5和第二連接層4可以使用或者焊料或者燒結材料。為了制造，將通常作為焊料板的焊料施加到半導體元件3和第一以及第二電接通部之間并且通過溫度操作使其溶化。所溶化的焊料浸潤(必要時借助溶劑)半導體元件3的表面和電接通部2、6并且在焊料的凝固之后構成半導體元件3和金屬接通部2、6之間的電的且機械的連接。對于作為連接層4、5的燒結材料，首先將由具有金屬顆粒的塑料構成的膏狀材料施加到半導體元件3和/或金屬接通部上。為此，適合相應薄膜的印刷或者嵌入。塑料通過溫度操作轉化成氣體狀的狀態，而金屬顆粒通過燒結過程彼此連接以及與半導體元件3的表面以及金屬接通部2、6連接。因此，同樣實現半導體元件3和金屬接通部2、6之間的電的且機械的連接。在所述制造方法中可能發生錯誤調節，即焊料板或者所融化的焊料或者燒結材料的布置不能相應于所期望的位置。通過所述錯誤調節，連接層不僅尤其可能出現在半導體元件3的有意的中間區域上而且可能出現在無意的邊緣區域中。
[0013]當二極管以導通方向運行時，導通電壓UF在其上衰減，所述導通電壓在周圍溫度以及電流密度為500A/cm2時在PN 二極管的情況下大約調節到值IV上、在高效二極管的情況下調節到大約0.6V-0.8V。與此相連的功率衰減轉換成熱并且基本上通過發電機的壓入底座和整流器裝置導出。因此，二極管的截止層溫度Tj增大。因此，在二極管上大的發電機電流并且附加地高的周圍環境溫度時直至240°C地測量截止層溫度Tj。在實際中，二極管經受多個溫度循環。例如，應當以1%以下的失效率經受3000個溫度循環。情況通過現代的開始/停止系統或者回收系統的多次使用變得惡化，其中附加地可能出現大約0.2-2百萬個大約40°C至80°C的溫度循環，所述溫度循環覆蓋中間的二極管溫度。
[0014]在高的溫度時，當然不允許溶化所使用的連接層4、5。當對于連接層4、5使用焊料時，則使用以下焊料:其溶化溫度Ts盡可能遠地位于最大出現的截止層溫度Tj上方。因此，至今通常使用高含鉛的焊料，其固相溫度Ts超過300°C。例如由DE-19549202已知所述二極管。
[0015]在二級管中整合的材料硅、尤其具有含鉛的焊料的連接層4、5和銅在物理的材料特性方面具有大的差別。因此，延展系數和彈性模量例如非常不同。因此，在溫度變換時出現大的機械應力。在此，在溫度上升期間在連接層4、5中所出現的機械應力達到并且快速超過連接層4、5的彈性邊界，即連接層4、5開始可塑地變形。在此，發生稱作蠕變的過程。在此，連接層4、5隨時間變化從其原始位置流出(herausquellen)并且蠕變進銅側或芯片側(2、6或3)和塑料層7之間的區域中。連接層4、5的蠕變最終導致短路。在無鉛的軟焊料的情況下，基本上也出現所描述的效應。
[0016]附加地，在安裝并且焊接底座(1)、焊料板(4、5)、半導體芯片(3)和頭布線(Kopfdraht)時可能出現錯誤。例如，在安裝時焊料可能沒有正確地安置，或者在焊接時滑移。在不使用軟焊料的接合方法中、例如在低溫銀燒結(NTV)時，在構造時接合層可能也錯誤地安置。銀層例如可以位于芯片邊緣附近或者甚至突出芯片邊緣。
[0017]在圖2中示出本發明的第一實施例。在圖2中示出一區段，在所述區段中僅僅示出半導體元件3、第一連接層5和第一金屬接通部6。在所述試圖中沒有示出第二連接層4和第二金屬接通部2，因為他們對于理解本發明不重要。在圖2中尤其也示出半導體元件3的內部結構。半導體元件3構造為平板狀的半導體元件，其具有第一側，所述第一側面向第一金屬接通部6。此外，所述平板狀的半導體元件3具有第二側，所述第二側面向第二連接層4或者第二金屬接通部2。在圖2中沒有示出第二金屬化部2和第二連接層4。
[0018]在平板狀半導體元件3的以下稱作上側的第一側上，在中間區域中設置有P摻雜16而在邊緣區域中設置有P摻雜14。所述P摻雜16與平板狀半導體元件的η摻雜13共同構成ρη 二極管，所述ρη 二極管是用于整流器的原本的二極管。同樣，布置在邊緣區域中的P摻雜14與平板狀半導體元件3的η材料13 —起構成布置在邊緣區域中的另一個二極管。半導體元件3的上側借助介質層17、例如二氧化硅層設置在P摻雜16和P摻雜14之間的區域中。在P摻雜16上設置有接通金屬化部15，其例如由已經描述的、鉻、鎳和銀的層順序組成并且其建立與P摻雜16的好的歐姆接通。此外，所述金屬化層15建立與連接層15的好的電接