DE102015107103A1 - Bipolar-Transistor mit isolierter Gate-Elektrode - Google Patents

Bipolar-Transistor mit isolierter Gate-Elektrode Download PDF

Info

Publication number
DE102015107103A1
DE102015107103A1 DE102015107103.7A DE102015107103A DE102015107103A1 DE 102015107103 A1 DE102015107103 A1 DE 102015107103A1 DE 102015107103 A DE102015107103 A DE 102015107103A DE 102015107103 A1 DE102015107103 A1 DE 102015107103A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
semiconductor
region
drift region
semiconductor layer
doped
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102015107103.7A
Other languages
English (en)
Inventor
Roman Baburske
Franz-Josef Niedernostheide
Frank Dieter Pfirsch
Vera Van Treek
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Publication of DE102015107103A1 publication Critical patent/DE102015107103A1/de
Granted legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • H01L29/7396—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions
    • H01L29/7397—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions and a gate structure lying on a slanted or vertical surface or formed in a groove, e.g. trench gate IGBT
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
    • H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
    • H01L29/0619—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] with a supplementary region doped oppositely to or in rectifying contact with the semiconductor containing or contacting region, e.g. guard rings with PN or Schottky junction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
    • H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
    • H01L29/0619—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] with a supplementary region doped oppositely to or in rectifying contact with the semiconductor containing or contacting region, e.g. guard rings with PN or Schottky junction
    • H01L29/0623—Buried supplementary region, e.g. buried guard ring
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/0843—Source or drain regions of field-effect devices
    • H01L29/0847—Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1095—Body region, i.e. base region, of DMOS transistors or IGBTs

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

Ein Halbleiterbauelement wird nachstehend beschrieben. Gemäß einem Beispiel der Erfindung umfasst das Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper, der eine obere und eine untere Oberfläche aufweist. Eine Bodyregion, welche mit Dotierstoffen eines zweiten Dotierstofftyps dotiert ist, ist an der oberen Oberfläche des Halbleiterkörpers angeordnet. Eine Driftregion ist unter der Bodyregion angeordnet und dotiert mit Dotierstoffen eines ersten Dotierstofftyps, der zu dem zweiten Dotierstofftyp komplementär ist. Es wird daher ein pn-Übergang zwischen der Bodyregion und der Driftregion gebildet. Eine Feldstoppregion ist unter der Driftregion angeordnet und grenzt an die Driftregion an. Die Feldstoppregion ist mit Dotierstoffen des gleichen Dotierstofftyps dotiert wie die Driftregion. Die Dotierstoffkonzentration in der Feldstoppregion ist jedoch höher als die Dotierstoff-konzentration in der Driftregion. Zumindest ein Paar Halbleiterschichten, zusammengesetzt aus einer ersten und einer zweiten Halbleiterschicht, ist in der Driftregion angeordnet. Die erste Halbleiterschicht erstreckt sich im Wesentlichen parallel zu der oberen Oberfläche des Halbleiterkörpers und ist mit Dotierstoffen des ersten Dotierstofftyps dotiert, jedoch mit einer höheren Dotierstoffkonzentration als die Driftregion. Die zweite Halbleiterschicht ist benachbart zu der ersten Halbleiterschicht oder an diese angrenzend angeordnet und mit Dotierstoffen des zweiten Dotierstofftyps dotiert. Des Weiteren ist die zweite Halbleiter-schicht mit Öffnungen derart strukturiert, dass ein vertikaler Strompfad durch die Driftregion ohne zwischenliegenden pn-Übergang bereitgestellt wird.

Description

  • Die vorliegende Offenbarung betrifft das Gebiet der Bipolar-Transistoren mit isolierter Gate-Elektrode (Insulated-Gate-Bipolar-Transistoren, IGBTs) mit verbesserter Robustheit gegen Kurzschlüsse.
  • Vertikale Insulated-Gate-Bipolar-Transistoren (IGBTs), die aus seiner Vielzahl von parallel geschalteten Transistorzellen aufgebaut sind, sind in dem Gebiet der Leistungshalbleiterbauelemente bekannt. In solchen vertikalen IGBTs fließt der Elektronenstrom durch den Halbleiterchip in einer vertikalen Richtung von einer oberen (oder vorderseitigen) Oberfläche zu einer unteren (oder rückseitigen) Oberfläche des Halbleiterchips, wohingegen ein Löcherstrom in die entgegengesetzte Richtung fließt. Im Falle eines n-Kanal-IGBTs liegt eine p-dotierte Kollektorregion (im Falle eines n-Kanal-IGBTs auch als p-Emitterregion bezeichnet) an der Rückseite des Halbleiterchips, wo sie elektrisch mit der Kollektorelektrode verbunden ist. In jeder Transistorzelle sind an der Vorderseite des Halbleiterchips eine p-dotierte Bodyregion und eine n-dotierte Sourceregion angeordnet, wobei beide Regionen jeder einzelnen Transistorzelle mit der Emitterelektrode verbunden sind. Es ist weiter bekannt, eine sogenannte Feldstoppregion vorzusehen, die an die p-dotierte Kollektorregion an der Rückseite des Halbleiterchips angrenzt. Die Feldstoppregion ist mit Dotierstoffen des entgegengesetzten Dotierstofftyps dotiert als die Dotierstoffe der Kollektorzone. Des Weiteren sind die Konzentrationen der Dotierstoffe in der Feldstoppregion deutlich höher als in der sogenannten Driftregion, welche sich durch den Halbleiterchip von der Feldstoppzone an der Rückseite des Chips hin zur Bodyregion an der Vorderseite des Chips erstreckt.
  • Im Allgemeinen können Feldstoppregionen in Halbleiterbauelementen vorgesehen sein, die in einem Aus-Zustand eine vertikale pnp-Struktur mit einem sperrenden pn-Übergang (zwischen Body- und Driftregion) an der Vorderseite des Halbleiterchips aufweisen. Wenn die angelegte Sperrspannung derart hoch ist, dass das elektrische Feld (oder die Raumladungszone, auch als Verarmungszone bezeichnet) sich bis hinunter zur Rückseite des Halbleiterchips erstrecken würde, dann wird eine Feldstoppregion benötigt, um einen Punch-Through des elektrischen Feldes, was einen Durchbruch des Transistors zur Folge hätte, zu vermeiden. Die Feldstoppregion ist etwas stärker dotiert als die benachbarte Driftregion und reduziert das elektrische Feld an der Rückseite des Halbleiterchips und vermeidet den erwähnten Punch-Through.
  • Eine Spitze des elektrischen Feldes kann auftreten, wenn der Transistor im Kurzschlussbetrieb ist, d.h. wenn der Transistor bei einer hohen Kollektor-Emitter-Spannung betrieben wird, während eine Gate-Emitter-Spannung, die größer ist als die Einsatzspannung, an die Gateelektrode des Transistors angelegt wird. Eine solche Spitze des elektrischen Feldes kann zu einem lokalen Durchbruch des Halbleiterbauelements führen und folglich zur Zerstörung des IGBTs. Des Weiteren kann ein zu geringes elektrisches Feld an der Vorderseite der Driftregion (angrenzend an den MOS-Kanal und die Bodyregion) die Bildung von Stromfilamenten stimulieren, wenn der Transistor im Kurzschlussmodus ist. Derartige Stromfilamente können zu einer lokalen Heißpunkten (hot spots) und thermischer Zerstörung des IGBTs führen. Eine Zielsetzung der Erfindung ist es daher, ein Halbleiterbauelement bereitzustellen, in dem die erwähnte Spitze in der Feldstoppregion reduziert ist, um die oben erwähnten negativen Effekte zu vermeiden. Dieses Ziel wird durch die Halbleiterbauelemente gemäß der Ansprüche 1 oder 19 erreicht. Verschiedene Ausführungsbeispiele und Weiterentwicklungen sind durch die abhängigen Ansprüche abgedeckt.
  • Ein Halbleiterbauelement wird nachstehend beschrieben. Gemäß einem Beispiel der Erfindung umfasst das Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper, der eine obere und eine untere Oberfläche aufweist. Eine Bodyregion, welche mit Dotierstoffen eines zweiten Dotierstofftyps dotiert ist, ist an der oberen Oberfläche des Halbleiterkörpers angeordnet. Eine Driftregion ist unter der Bodyregion angeordnet und dotiert mit Dotierstoffen eines ersten Dotierstofftyps, der zu dem zweiten Dotierstofftyp komplementär ist. Es wird daher ein pn-Übergang zwischen der Bodyregion und der Driftregion gebildet. Eine Feldstoppregion ist unter der Driftregion angeordnet und grenzt an die Driftregion an. Die Feldstoppregion ist mit Dotierstoffen des gleichen Dotierstofftyps dotiert wie die Driftregion. Die Dotierstoffkonzentration in der Feldstoppregion ist jedoch höher als die Dotierstoffkonzentration in der Driftregion. Zumindest ein Paar Halbleiterschichten, zusammengesetzt aus einer ersten und einer zweiten Halbleiterschicht, ist in der Driftregion angeordnet. Die erste Halbleiterschicht erstreckt sich im Wesentlichen parallel zu der oberen Oberfläche des Halbleiterkörpers und ist mit Dotierstoffen des ersten Dotierstofftyps dotiert, jedoch mit einer höheren Dotierstoffkonzentration als die Driftregion. Die zweite Halbleiterschicht ist benachbart zu der ersten Halbleiterschicht oder an diese angrenzend angeordnet und mit Dotierstoffen des zweiten Dotierstofftyps dotiert. Des Weiteren ist die zweite Halbleiterschicht mit Öffnungen derart strukturiert, dass ein vertikaler Strompfad durch die Driftregion ohne zwischenliegenden pn-Übergang bereitgestellt wird.
  • Gemäß einem anderen Beispiel der Erfindung umfasst das Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper, der eine obere und eine untere Oberfläche aufweist. Eine Bodyregion, welche mit Dotierstoffen eines zweiten Dortierstofftyps dotiert ist, ist an der oberen Oberfläche des Halbleiterkörpers angeordnet. Eine Driftregion ist unter der Bodyregion angeordnet. Die Driftregion ist dotiert mit Dotierstoffen eines ersten Dotierstofftyps, der zu dem zweiten Dotierstofftyp komplementär ist. Es wird daher ein pn-Übergang zwischen der Bodyregion und der Driftregion gebildet. Eine Feldstoppregion ist unter der Driftregion angeordnet und grenzt an die Driftregion an. Die Feldstoppregion ist mit Dotierstoffen des gleichen Dotierstofftyps dotiert wie die Driftregion. Die Dotierstoffkonzentration in der Feldstoppregion ist jedoch höher als die Dotierstoffkonzentration in der Driftregion. Zumindest eine erste Halbleiterschicht ist in der Driftregion angeordnet. Die erste Halbleiterschicht erstreckt sich im Wesentlichen parallel zu der oberen Oberfläche des Halbleiterkörpers und ist mit Dotierstoffen des ersten Dotierstofftyps dotiert, jedoch mit einer höheren Dotierstoffkonzentration als die Driftregion. Des Weiteren liegt die erste Halbleiterschicht im oberen Bereich der Driftregion, welcher sich vertikal, nicht mehr als 40 Prozent der Gesamtdicke des Halbleiterkörpers in den Halbleiterkörper hinein erstreckt.
  • Die Erfindung lässt sich unter Bezugnahme auf die folgenden Abbildungen und Erläuterungen besser verstehen. Die in den Abbildungen dargestellten Komponenten sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, vielmehr wird Wert darauf gelegt, das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip zu erläutern. Des Weiteren bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den Abbildungen korrespondierende Teile. In den Abbildungen:
  • 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Beispiels einer konventionellen Insulated-Gate-Bipolar-Transistorzelle (IGBT-Zelle);
  • 2 zeigt schematisch die elektrische Feldstärke während eines beispielhaften Kurzschlussbetriebs eines Feldstopp-IGBTs und die korrespondierende Donatorkonzentration über die Vertikalposition innerhalb des IGBTs aus 1;
  • 3 zeigt eine Querschnittsansicht eines Beispiels einer IGBT-Zelle mit einer ersten dotierten Schicht in der Driftregion, wobei die erste dotierte Schicht den gleichen Dotierstofftyp hat wie die Driftregion, jedoch mit einer höheren Dotierstoffkonzentration als die angrenzende Driftregion;
  • 4 illustriert eine IGBT-Zelle ähnlich dem Beispiel aus 3, welche eine zweite dotierte Schicht hat, die an die erste dotierte Schicht angrenzt und die mit Dotierstoffen des Dotierstofftyps dotiert ist, der komplementär zu dem Dotierstofftyp der ersten dotieren Schicht ist;
  • 5 illustriert eine geringfügige Modifikation des Beispiels aus 4;
  • 6 ist identisch mit dem Beispiel aus 4 abgesehen davon, dass die Reihenfolge der ersten und zweiten Schicht vertauscht ist;
  • 7 ist ähnlich dem Beispiel aus 4 mit mehreren ersten und zweiten dotieren Schichten, die in der Driftregion angeordnet sind;
  • 8 ist ähnlich dem Beispiel aus 3 mit mehreren ersten dotieren Schichten, die in der Driftregion angeordnet sind;
  • 9 ist ähnlich dem Beispiel aus 4, wobei die ersten und zweiten dotierten Schichten in einer lateralen Richtung strukturiert sind; und
  • 10 ist einer weiteres Beispiel, das im Wesentlichen das gleiche ist wie das Beispiel aus 4 mit einer zusätzlichen ersten Schicht.
  • 1 zeigt eine beispielhafte Transistorzelle eines vertikalen n-Kanal-IGBTs mit einer Feldstoppregion. Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung ist der IGBT in einem Halbleiterkörper (Substrat) integriert, der mit Dotierstoffen vom n-Typ dotiert ist. Im vorliegenden Beispiel ist die Gateelektrode G in einem Gaben 17 (Trench) angeordnet, der sich von der Vorderseite des Halbleiterkörpers in einer vertikalen Richtung in dne Halbleiterkörper hinein erstreckt. Die Gateelektrode G ist von dem umgebenden Halbleitermaterial mittels der Isolationsschicht 18 (auch als Gateoxid bezeichnet) isoliert.
  • Eine p-dotierte Bodyregion 11 ist an der Vorderseite des Halbleiterkörpers gebildet. Die Bodyregion 11 erstreckt sich vertikal in den Halbleiterkörper hinein und grenzt an den Graben 17 an. Die Bodyregion 11 erstreckt sich jedoch nicht so tief in den Halbleiterkörper hinein wie der Graben 17. An der oberen Oberfläche (vorderseitige Oberfläche) des Halbleiterkörpers ist die Bodyregion 11 typischerweise stärker dotiert. Der stark dotierte Teil der Bodyregion kann auch als Bodykontaktregion 12 bezeichnet werden, die auch mit Dotierstoffen vom p-Typ dotiert ist. Eine n-dotierte Sourceregion 13 grenzt an die obere Oberfläche (vorderseitige Oberfläche) des Halbleiterkörpers sowie an den Graben 17 an, sodass die verbleibende Bodyregion vertikal zwischen der Sourceregion 14 und einer niedrig n-dotierten Driftregion 10 liegt. Die Driftregion 10 erstreckt sich durch den Großteil des Halbleiterkörpers bis hinunter zu seiner Rückseite, wo sie an die Feldstoppregion 14 (Feldstoppschicht) angrenzt. Die Feldstoppregion 14 liegt zwischen der Driftregion 10 und einer Kollektorregion 15, die mit Dotierstoffen vom p-Typ dotiert ist und an die rückseitige Oberfläche des Halbleiterkörpers angrenzt, wo sie von der Kollektorelektrode C elektrisch kontaktiert wird. Die Emitterelektrode E ist elektrisch mit der Sourceregion 13 und der Bodykontaktregion 12 verbunden, wodurch der pn-Übergang zwischen der Sourceregion 13 und der Bodykontaktegion 12 kurzgeschlossen wird.
  • Im Falle, dass der Transistor ausgeschaltet ist (d.h. wenn die Gateelektrode entladen ist oder bezogen auf das Potential der Bodyregion 11 auf einem negativen Potential liegt und eine Kollektor-Emitter-Spannung unterhalb einer Durchbruchsspannung vorhanden ist), baut sich an dem pn-Übergang zwischen der Bodyregion 11 und der Driftregion 10 eine Raumladungszone (oder Verarmungszone) auf. Da die Driftregion eine vergleichsweise niedrige Konzentration an (n-Typ) Dotierstoffen aufweist (die Konzentration ND ist in dem Diagramm in 2 mit n– bezeichnet), kann sich die Raumladungszone (abhängig von der Kollektor-Emitter-Spannung) weit in den Halbleiterkörper hinein erstrecken und kann bis hinunter zu der Feldstoppschicht 14 (manchmal auch Pufferschicht genannt) reichen, welche eine höhere Dotierstoffkonzentration hat als die Driftregion 10 (die Konzentration ND ist in dem Diagramm in 2 mit n bezeichnet).
  • Wie in 1 gezeigt kann die Transistorzelle an der rechten Seite des Grabens 17 eine p-Region 16 mit schwebendem Potential (floating) haben, die benachbarte Zellen trennt. Jedoch können benachbarte Zellen alternativ auch mittels anderer Strukturen (z.B. inaktive Gräben) getrennt sein oder direkt aneinander angrenzen.
  • Ein Designziel bei IGBTs ist Robustheit bezüglich Kurzschlussereignissen, d.h. wenn die am IGBT angeschlossene Last kurzgeschlossen ist und folglich die volle Betriebsspannung zwischen Kollektor- und Emitteranschluss anliegt, während der Transistor ein einem Ein-Zustand ist. IGBTs können derartigen Kurzschlussbedingungen für einige Zeit (z.B. ein paar Mikrosekunden) standhalten. Es wurde beobachtet, dass während dem Kurzschlussbetriebs eine Spitze der elektrischen Feldstärke in der Nähe des Randes der Feldstoppschicht 14 auftreten kann, was einen lokalen Durchbruch und folglich eine Zerstörung des Bauelements (siehe das Beispiel in 2, Feldstärkenspitze EMAX an einer Vertikalposition von ca. 85 Prozent) zur Folge haben kann. Des Weiteren kann eine Stromfilamentierung auftreten im Falle dass während des Kurzschlussbetriebs die elektrische Feldstärke (elektrische Feldstärke EQPL) im vorderen Bereich der Driftregion zu gering ist (d.h. jener Teil der Driftregion 10, der an die Bodyregion 11 angrenzt, siehe das Beispiel in 2, Vertikalposition unter rund 40 Prozent). Die maximale elektrische Feldstärke an der Feldstoppschicht 14 kann reduziert und die geringe elektrische Feldstärke im vorderen Teil der Driftregion 10 kann vergrößert werden, indem in der Kollektorregion 15 die Konzentration von Dotierstoffen vom p-Typ erhöht wird und/oder indem die Konzentration von Dotierstoffen vom n-Typ in der Feldstoppschicht 14 reduziert wird. Diese Maßnahmen würden jedoch höhere Schaltverluste bzw. eine verringerte Durchbruchsspannung zur Folge haben, was unerwünscht ist. Alternativ kann die Dotierstoffkonzentration in der Driftregion 10 erhöht werden, was eine verringerte maximale Sperrspannung nach sich ziehen würde. Anhand der obigen Diskussion kann man erkennen, dass ein Zielkonflikt im Hinblick auf Schaltverluste, maximale Sperrspannung und Kurzschlussrobustheit besteht. Die untenstehenden Beispiele können diesen Zielkonflikt lösen oder die Situation zumindest verbessern. In dem Diagramm der 2 bedeutet das, dass die geringe elektrische Feldstärke auf der linken Seite des Diagramms erhöht und die Spitze auf der rechten Seite verringert wird, ohne die Schaltverluste signifikant zu erhöhen. In 2 wird die Position x innerhalb des Halbleiterkörpers in Prozent der Gesamtdicke H des Halbleiterkörpers (siehe auch 1) angegeben.
  • Das in 3 dargestellte Beispiel ist im Wesentlichen identisch mit dem vorhergehenden Beispiel aus 1. Jedoch hat der IGBT eine zusätzliche erste Halbleiterschicht 20, die in der Driftregion 10 angeordent ist. Die erste Halbleiterschicht 20 ist dotiert mit Dotierstoffen vom gleichen Typ wie die benachbarte Driftregion 10 (Dotierstoffe vom n-Typ im vorliegenden Beispiel eines n-Kanal-IGBTs). Die Dotierstoffkonzentration in der ersten Halbleiterschicht 20 ist jedoch höher als die Dotierstoffkonzentration in der benachbarten Driftregion 10. Der Absolutwert der Dotierstoffkonzentration in der Halbleiterschicht 20 hängt von der Dotierstoffkonzentration in der Driftregion 10 ab. Typischerweise kann die Dotierstoffdosis in der ersten Halbleiterschicht 20 für einen Silizium-IGBT zwischen 1·1011 cm–2 and 1·1012 cm–2 gewählt werden. Während des Kurzschlussbetriebs erhöht die in der Driftregion 10 angeordnete erste Halbleiterschicht 20 das elektrische Feld im vorderen Teil der Driftregion 10 und reduziert folglich den Spitzenwert des maximalen elektrischen Feldes im Übergangsbereich zwischen Driftregion 10 und Feldstoppregion 14. Als Resultat wird die Kurzschlussrobustheit verbessert. Jedoch wird die maximale Sperrspannung durch die Einführung der ersten Halbleiterschicht 20 verringert. Dieser Effekt kann kompensiert werden, indem eine zweite Halbleiterschicht 21 vorgesehen wird, welche (direkt) an die erste Halbleiterschicht 20 in der Driftregion 10 angrenzt (oder in der Nähe, nah benachbart zu dieser angeordnet) ist. Die zweite Halbleiterschicht 21 ist mit Dotierstoffen eines Dotierstofftyps (Dotierstoffe vom p-Typ im vorliegenden Beispiel) dotiert, der zu dem Dotierstofftyp der ersten Halbleiterschicht 20 komplementär ist. Die resultierende IGBT-Struktur ist in 4 dargestellt. Wie erwähnt kann die zweite Halbleiterschicht 21 direkt an die erste Halbleiterschicht 20 angrenzen. Alternativ können die erste Halbleiterschicht 20 und die zweite Halbleiterschicht 21 benachbart zueinander angeordnet sein, d.h. voneinander in einem vergleichsweise kleinem Abstand b beabstandet, der kleiner ist als z.B. zwei oder fünf Mal die vertikale Dimension (Dicke t) der ersten Halbleiterschicht 20. Das letzte Beispiel ist in 5 dargestellt, die im Wesentlichen identisch ist mit dem Beispiel aus 4 abgesehen Davon, dass die erste und die zweite Halbleiterschicht 20, 21 nicht aneinander angrenzen, sondern in einem (vertikalen) Abstand b nah beieinander angeordnet sind.
  • Um den Kompensationseffekt der zweiten Halbleiterschicht zu erreichen, unterscheidet sich die Dosis der n-Typ-Dotierstoffe in der ersten Halbleiterschicht 20 von der Dosis der p-Typ-Dotierstoffe in der zweiten Halbleiterschicht 21 um nicht mehr als 30 Prozent.
  • Während sich die erste Halbleiterschicht 20 kontinuierlich (in horizontaler Richtung) parallel zu der oberen Oberfläche des Halbleiterkörpers erstecken kann, kann die angrenzende zweite Halbleiterschicht 21 strukturiert sein, sodass sie Öffnungen beinhaltet, um einen sperrenden pn-Übergang zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht 20, 21 (oder zwischen der zweiten Halbleiterschicht 21 und dem unteren Teil der Driftregion 10) durch den ganzen Halbleiterkörper zu vermeiden, was das Bauelement funktionsunfähig machen würde. Jedoch kompensieren die Dotierstoffe vom p-Typ in der zweiten Hableiterschicht 21 zumindest teilweise die zusätzlichen Dotierstoffe vom n-Typ in der ersten Halbleiterschicht 20. Als Resultat kann die oben erwähnte Verringerung der maximalen Sperrspannung (Durchbruchsspannung) des IGBTs verringert oder vermieden werden. In dem Beispiel aus 4 ist die zweite Halbleiterschicht 21 unterhalb der ersten Halbleiterschicht 20 angeordnet, wohingegen in dem alternativen Beispiel aus 6 die Positionen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht vertauscht sind, sodass die zweite Halbleiterschicht 21 über der ersten Halbleiterschicht 20 angeordnet ist.
  • In den Beispielen der 3 bis 6 ist die erste Halbleiterschicht 20 in einem Abstand d zu der oberen Oberfläche (vorderseitige Oberfläche) des Halbleiterkörpers angeordnet. Der Abstand d kann zwischen rund 5 und 40 Prozent der Gesamtdicke H (d.h. des Abstands zwischen der vorderseitigen und der rückseitigen Oberfläche des Halbleiterkörpers) betragen. In den Beispielen der 2 bis 4 ist die obere der ersten und zweiten Halbleiterschicht 20, 21 von dem Boden des Grabens 17 beabstandet. Jedoch kann der Boden des Grabens 17 auch bis in die Halbleiterschicht 20 und/oder 21 reichen (oder sich durch diese hindurch erstrecken).
  • Wie in dem Beispiel aus 7 dargestellt können mehrere erste und zweite Halbleiterschichten 20, 21 in der Driftregion 10 angeordnet sein. Im vorliegenden Beispiel sind die p-dotierten zweiten Halbleitschichten 21 unterhalb den korrespondierenden n-dotierten ersten Halbleiterschichten 20 angeordnet, wobei jede zweite Halbleiterschicht 21 an die korrespondierende erste Halbleiterschicht 20 angrenzt oder in einem kurzen Abstand von dieser angeordnet ist. Wie in dem Beispiel aus 6 gezeigt können jedoch die zweiten Halbleiterschichten 21 auch über den korrespondierenden ersten Halbleiterschichten angeordnet sein. Benachbarte Paare von ersten und zweiten Halbeiterschichten 20, 21 können in einer vertikalen Richtung voneinander beabstandet sein.
  • In dem Beispiel aus 8 sind mehrere erste Halbleiterschichten 20 in der Driftregion 10 angeordnet und voneinander in vertikaler Richtung beabstandet. Ähnlich zu dem Beispiel aus 3 sind in diesem Beispiel keine p-dotierten zweiten Halbleiterschichten zur Kompensation der n-dotierten ersten Halbleiterschichten 20 vorgesehen.
  • 9 illustriert ein weiteres Beispiel einer IGBT-Zelle, welche im Wesentlichen identisch ist mit dem Beispiel aus 4. Anders als in 4 ist die erste (n-dotierte) Halbleiterschicht 20 jedoch in einer lateralen Richtung in einer ähnlichen Weiste strukturiert wie die zweite (p-dotierte) Halbleiterschicht 21. Die laterale Struktur (Muster) der beiden Halbleiterschichten 20, 21 ist jedoch nicht notwendgerweise gleich. Im Falle von mehr als zwei ersten und zweiten Schichten (wie in 7 und 8 dargestellt) kann die laterale Struktur für alle Schichten gleich sein. Des Weiteren kann die laterale Struktur von zumindest einer oder von allen ersten und zweiten Halbleiterschichten zu einer lateralen Struktur der Rückseite des Halbleiterkörpers passen (z.B. kongruent oder komplementär sein). Beispiele für eine lateral strukturierte Rückseite sind eine Kollektorregion 15 (p-Emitterregion) mit lokal erhöhten Dotierstoffkonzentrationen, eine unterbrochene p-Emitterregion wie in einem rückwärtsleitfähigen IGBT (auch RC-IGBTs genannt) und eine lateral strukturierte Feldstoppregion. Schließlich können die ersten und zweiten Schichten 20, 21 im Randbereich des Chips unterbrochen sein (mit Öffnungen strukturiert). Die Option einer lateralen Strukturierung über die Chipfläche hinweg ist auf alle hier beschriebenen Ausführungsbeispiele anwendbar.
  • 10 illustriert ein weiteres Beispiel, welches identisch zu dem Beispiel aus 4 ist abgesehen davon, dass eine zusätzliche erste Halbleiterschicht 20 unter dem Paar aus erster und zweiter Halbleiterschicht angeordnet ist. Dieses Beispiel zeigt, dass erste und zweite Halbleiterschichten 20, 21 nicht notwendigerweise wie in 7 dargestellt paarweise vorgesehen werden müssen. Als eine Alternative könnte eine zusätzliche (strukturierte) p-dotierte Schicht 21 in der Driftregion statt der n-dotierten Schicht angeordnet werden. Das heißt, dass Paare von ersten und zweiten Halbleiterschichten 20, 21 in der Driftzone vorgesehen sind plus eine oder mehrere zusätzliche n-dotierte Schichten 20 oder eine oder mehrere p-dotierte Schichten 21. Benachbarte Schichten können aneinander angrenzen (wie in 10 gezeigt) oder benachbart zueinander in einem kleinen Abstand b platziert sein (so wie in 5 oder 7 gezeigt).
  • In den oben beschriebenen Beispielen können die ersten und zweiten Halbleiterschichten 20, 21 mittels Epitaxie, Protonenimplantation, Ionenimplantation, Dotierstoffdiffusion oder eine Kombination davon hergestellt werden. Obwohl die oben beschriebenen Beispiele einen n-Kanal-IGBT betreffen können die beschriebenen technischen Merkmale auch in einem p-Kanal-IGBT in analoger Weise verwendet werden, indem komplementäre Dotierstofftypen verwendet werden. Die hier beschriebenen Prinzipien und technischen Merkmale können auch in rückwärtsleitfähigen IGBTs angewendet werden, welche keine kontinuierliche p-dotierte Region (Kollektorregion oder p-Emitterregion) auf der Kollektorseite haben, sondern zusätzliche n-dotierte Streifen. Des Weiteren kann die Anwendung in anderen Halbleiterbauelementen als IGBTs, die eine Feldstoppregion an ihrer Rückseite haben, nützlich sein.
  • Obwohl die Erfindung in Bezug auf eine oder mehrere Implementierungen dargestellt und beschrieben wurde, können Änderungen und Anpassungen an den dargestellten Beispielen durchgeführt werden, ohne den Geist und die Reichweite der angehängten Ansprüche zu verlassen. Insbesondere hinsichtlich der verschiedenen Funktionen, die von den oben beschriebenen Bauelementen oder Strukturen (Baugruppen, Vorrichtungen, Schaltungen, Systemen, usw.) durchgeführt werden, sowie der Bergriffe (einschließlich eines Bezugs auf ein "Mittel"), die verwendet werden, um solche Bauelemente zu beschreiben, sollen diese, sofern nicht anders angegeben, jeglichem Bauelement oder Struktur entsprechen, die die erwähnte Funktion des beschriebenen Bauelements durchführen (d.h. die funktionell gleichwertig sind), auch wenn diese nicht der offenbarten Struktur, welche die Funktion in den hier dargestellten beispielhaften Implementierungen der Erfindung durchführen, strukturell gleich ist.
  • Auch wenn des Weiteren eine bestimmte Eigenschaft der Erfindung in Bezug auf nur eine von mehreren Ausführungsformen offenbart wurde, kann diese Eigenschaft mit einer oder mehreren anderen Eigenschaften anderer Ausführungsformen kombiniert werden, falls für eine beliebige oder bestimmte Anwendung erwünscht und vorteilhaft. Insoweit schließlich wie die Begriffe "einschließlich", "einschließt", "aufweisen", "umfasst", "mit" oder Varianten derselben entweder in der ausführlichen Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, sollen solche Begriffe einschließend sein, auf eine ähnliche Weise wie der Begriff "umfassen".

Claims (21)

  1. Ein Halbleiterbauelement umfassend: einen Halbleiterkörper, der eine obere und eine untere Oberfläche aufweist; eine an der oberen Oberfläche des Halbleiterkörpers angeordnete Bodyregion, welche mit Dotierstoffen eines zweiten Dortierstofftyps dotiert ist; eine Driftregion, die unter der Bodyregion angeordnet und mit Dotierstoffen eines ersten Dotierstofftyps dotiert ist, der zu dem zweiten Dotierstofftyp komplementär ist, wodurch ein pn-Übergang zwischen der Bodyregion und der Driftregion gebildet wird; eine Feldstoppregion, die unter der Driftregion angeordnet ist und an die Driftregion angrenzt, wobei die Feldstoppregion mit Dotierstoffen des gleichen Dotierstofftyps dotiert ist wie die Driftregion und die Dotierstoffkonzentration in der Feldstoppregion höher ist als die Dotierstoffkonzentration in der Driftregion; und zumindest ein in der Driftregion angeordnetes Paar Halbleiterschichten, zusammengesetzt aus einer ersten und einer zweiten Halbleiterschicht, wobei die erste Halbleiterschicht sich im Wesentlichen parallel zu der oberen Oberfläche des Halbleiterkörpers erstreckt und mit Dotierstoffen des ersten Dotierstofftyps dotiert ist, jedoch mit einer höheren Dotierstoffkonzentration als die Driftregion, wobei die zweite Halbleiterschicht benachbart zu der ersten Halbleiterschicht oder an diese angrenzend angeordnet ist und mit Dotierstoffen des zweiten Dotierstofftyps dotiert ist, und wobei die zweite Halbleiterschicht mit Öffnungen derart strukturiert ist, dass ein vertikaler Strompfad durch die Driftregion ohne zwischenliegenden pn-Übergang bereitgestellt wird.
  2. Das Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 1, das weiter umfasst: eine Kollektorregion, die zwischen der Feldstoppregion und der unteren Oberfläche des Halbleiterkörpers angeordnet ist, wobei die Kollektorregion mit Dotierstoffen vom zweiten Dotierstofftyp dotiert ist.
  3. Das Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 1 oder 2, das weiter umfasst: eine Sourceregion, die in der Bodyregion eingebettet ist und an die obere Oberfläche des Halbleiterkörpers angrenzt, wobei die Sourceregion mit Dotierstoffen von ersten Dotierstofftyp dotiert ist.
  4. Das Halbleiterbauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, das weiter aufweist: eine Gateelektrode, die elektrisch gegen den Halbleiterkörper isoliert und benachbart zu der Bodyregion zwischen Sourceregion und Driftregion angeordnet ist.
  5. Das Halbleiterbauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Halbleiterschicht von zumindest einem Paar Halbleiterschichten über der zweiten Halbleiterschicht angeordnet ist.
  6. Das Halbleiterbauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Halbleiterschicht von zumindest einem Paar Halbleiterschichten unter der zweiten Halbleiterschicht angeordnet ist.
  7. Das Halbleiterbauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht mit einem vertikalen Abstand benachbart zueinander angeordnet sind.
  8. Das Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 7, wobei der vertikale Abstand kleiner oder gleich dem Fünffachen der vertikalen Abmessung der ersten Halbleiterschicht ist.
  9. Das Halbleiterbauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste Halbleiterschicht in einem oberen Teil der Driftregion angeordnet ist.
  10. Das Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 9, wobei der obere Teil der Driftregion sich über nicht mehr als 40 Prozent der vertikalen Gesamtdicke des Halbleiterkörpers vertikal in den Halbleiterkörper hinein erstreckt.
  11. Das Halbleiterbauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, das weiter umfasst: zumindest ein weiteres Paar Halbleiterschichten, welches aus einer weiteren ersten und einer weiteren zweiten Halbleiterschicht besteht, die in der Driftregion angeordnet sind.
  12. Das Halbleiterbauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, das weiter umfasst: zumindest eine weitere erste und/oder zumindest eine weitere zweite, in der Driftregion angeordnete Halbleiterschicht.
  13. Das Halbleiterbauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die erste Halbleiterschicht im Wesentlichen parallel zu der oberen Oberfläche ist und sich in einem Abstand von der oberen Oberfläche befindet, der ungefähr zwischen 5 und 40 Prozent der Dicke des Halbleiterkörpers beträgt.
  14. Das Halbleiterbauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die erste Halbleiterschicht im Wesentlichen parallel zu der oberen Oberfläche ist und sich in einem Abstand von der oberen Oberfläche befindet, der ungefähr zwischen 10 und 30 Prozent der Dicke des Halbleiterkörpers beträgt.
  15. Das Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 13, wobei ein oder mehrere Paare von Halbleiterschichten sich in dem Abstand, der ungefähr zwischen 5 und 40 Prozent der Dicke des Halbleiterkörpers beträgt, von der oberen Oberfläche befinden.
  16. Das Halbleiterbauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei eine Dotierstoffdosis in der zweiten Halbleiterschicht sich von einer Dotierstoffdosis in der ersten Halbleiterschicht um nicht mehr als 30 Prozent unterscheidet.
  17. Das Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 4, wobei die Gatelektrode in einem Trench angeordnet ist, der sich von der oberen Oberfläche des Halbleiterkörpers in den Halbleiterkörper hinein erstreckt.
  18. Das Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 1 bis 17, wobei das zumindest eine Paar Halbleiterschichten lateral strukturiert ist.
  19. Ein Halbleiterbauelement umfassend: einen Halbleiterkörper, der eine obere und eine untere Oberfläche aufweist; eine an der oberen Oberfläche des Halbleiterkörpers angeordnete Bodyregion, welche mit Dotierstoffen eines zweiten Dortierstofftyps dotiert ist; eine Driftregion, die unter der Bodyregion angeordnet und mit Dotierstoffen eines ersten Dotierstofftyps dotiert ist, der zu dem zweiten Dotierstofftyp komplementär ist, wodurch ein pn-Übergang zwischen der Bodyregion und der Driftregion gebildet wird; eine Feldstoppregion, die unter der Driftregion angeordnet ist und an die Driftregion angrenzt, wobei die Feldstoppregion mit Dotierstoffen des gleichen Dotierstofftyps dotiert ist wie die Driftregion und die Dotierstoffkonzentration in der Feldstoppregion höher ist als die Dotierstoffkonzentration in der Driftregion; und zumindest eine in der Driftregion angeordnete erste Halbleiterschichten, die sich im Wesentlichen parallel zu der oberen Oberfläche des Halbleiterkörpers erstreckt und mit Dotierstoffen des ersten Dotierstofftyps dotiert ist, jedoch mit einer höheren Dotierstoffkonzentration als die Driftregion, wobei sich die erste Halbleiterschicht in einem oberen Teil der Driftregion befindet, der sich über nicht mehr als 40 Prozent der Gesamtdicke des Halbleiterkörpers vertikal in den Halbleiterkörper hinein erstreckt.
  20. Das Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 19, das weiter aufweist: zumindest eine weitere Halbleiterschicht, die im oberen Teil der Driftregion angeordnet ist, wobei die zumindest eine weitere Halbleiterschicht benachbart zu der ersten Halbleiterschicht liegt.
  21. Das Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 19 oder 20, wobei die zumindest eine weitere Halbleiterschicht lateral strukturiert ist.
DE102015107103.7A 2014-05-15 2015-05-06 Bipolar-Transistor mit isolierter Gate-Elektrode Granted DE102015107103A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/278,519 2014-05-15
US14/278,519 US9373710B2 (en) 2014-05-15 2014-05-15 Insulated gate bipolar transistor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015107103A1 true DE102015107103A1 (de) 2015-11-19

Family

ID=54361808

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015107103.7A Granted DE102015107103A1 (de) 2014-05-15 2015-05-06 Bipolar-Transistor mit isolierter Gate-Elektrode

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9373710B2 (de)
CN (1) CN105097905B (de)
DE (1) DE102015107103A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016112721A1 (de) 2016-07-12 2018-01-18 Infineon Technologies Ag n-Kanal-Leistungshalbleitervorrichtung mit p-Schicht im Driftvolumen

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9831330B2 (en) 2015-03-05 2017-11-28 Infineon Technologies Americas Corp. Bipolar semiconductor device having a deep charge-balanced structure
US10415154B2 (en) * 2015-12-02 2019-09-17 Mitsubishi Electric Corporation Silicon carbide epitaxial substrate and silicon carbide semiconductor device
DE112017003667B4 (de) 2016-07-19 2022-03-17 Mitsubishi Electric Corporation Halbleitereinheit und Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinheit
DE102017131274B3 (de) * 2017-12-22 2019-05-09 Infineon Technologies Dresden Gmbh Transistoranordnung und verfahren zu deren herstellung
US20200105874A1 (en) 2018-10-01 2020-04-02 Ipower Semiconductor Back side dopant activation in field stop igbt
CN117219663B (zh) * 2023-08-31 2024-04-05 海信家电集团股份有限公司 半导体装置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5283201A (en) 1988-05-17 1994-02-01 Advanced Power Technology, Inc. High density power device fabrication process
DE10085054B4 (de) 2000-08-30 2005-12-15 Infineon Technologies Ag Trench-IGBT
DE10252103A1 (de) 2002-11-08 2004-05-27 Süd-Chemie AG Ce/Cu/Mn-Katalysatoren
DE10360574B4 (de) 2003-12-22 2008-11-27 Infineon Technologies Ag Leistungshalbleiterbauelement mit sanftem Abschaltverhalten
JP4723816B2 (ja) * 2003-12-24 2011-07-13 株式会社豊田中央研究所 半導体装置
DE102005056426B4 (de) 2005-11-28 2012-03-15 Infineon Technologies Austria Ag Halbleiterbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung
US7989888B2 (en) 2006-08-31 2011-08-02 Infineon Technologies Autria AG Semiconductor device with a field stop zone and process of producing the same
JP2008177335A (ja) * 2007-01-18 2008-07-31 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 炭化珪素絶縁ゲート型半導体装置。
KR100902848B1 (ko) * 2007-09-04 2009-06-16 고려대학교 산학협력단 고전압용 절연 게이트 양극성 트랜지스터 및 그 제조방법
US8120074B2 (en) * 2009-10-29 2012-02-21 Infineon Technologies Austria Ag Bipolar semiconductor device and manufacturing method
CN102184950A (zh) * 2011-05-09 2011-09-14 电子科技大学 一种具有空穴阻挡层的绝缘栅双极型晶体管
CN102306657A (zh) * 2011-10-13 2012-01-04 电子科技大学 一种具有浮空埋层的绝缘栅双极型晶体管
JP5869291B2 (ja) * 2011-10-14 2016-02-24 富士電機株式会社 半導体装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016112721A1 (de) 2016-07-12 2018-01-18 Infineon Technologies Ag n-Kanal-Leistungshalbleitervorrichtung mit p-Schicht im Driftvolumen
DE102016112721B4 (de) 2016-07-12 2022-02-03 Infineon Technologies Ag n-Kanal-Leistungshalbleitervorrichtung mit p-Schicht im Driftvolumen

Also Published As

Publication number Publication date
CN105097905B (zh) 2018-05-29
US20150333161A1 (en) 2015-11-19
CN105097905A (zh) 2015-11-25
US9373710B2 (en) 2016-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102016125879B3 (de) Halbleitervorrichtung mit einer IGBT-Region und einer nicht schaltbaren Diodenregion
DE112013000677B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE10262418B3 (de) MOS-Transistoreinrichtung
DE10361136B4 (de) Halbleiterdiode und IGBT
DE102015107103A1 (de) Bipolar-Transistor mit isolierter Gate-Elektrode
DE102007029121B3 (de) Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, sowie Halbleiterbauelement
DE102015111371B4 (de) Halbleiterbauelement mit einem schaltbaren und einem nicht schaltbaren Diodengebiet
DE102015104504B4 (de) Grabentransistorbauelement
DE112014003712T5 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung
DE102014104975B4 (de) Halbleiterbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102011079747A1 (de) Halbleitervorrichtung mit Schaltelement und Freilaufdiode, sowie Steuerverfahren hierfür
DE102015221466A1 (de) Leistungshalbleitervorrichtung
DE102017221950B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE102014104061B4 (de) Bipolartransistor mit isolierter gateelektrode mit emitterkurzschlussbereichen
DE112013006666B4 (de) Halbleitereinrichtung
DE102014105353B4 (de) Halbleiterbauelement mit kompensationsgebieten
EP0913000B1 (de) Durch feldeffekt steuerbares halbleiterbauelement
DE112012000954T5 (de) Leistungshalbleiterbauelement und Verfahren zum Herstellen eines derartigen Leistungshalbleiterbauelements
DE112012007200T5 (de) Halbleitereinrichtung
DE112014001296T5 (de) Leistungshalbleitervorrichtung und entsprechendes Modul
DE102021108386A1 (de) Isolationsstruktur für igbt-vorrichtungen mit einer integrierten diode
DE102018100237B4 (de) Leistungshalbleiterbauelement mit dU/dt Steuerbarkeit und Verfahren zum Herstellen eines Leistungshalbleiterbauelements
EP1766687A1 (de) Soi vertikales bipolares leistungsbauelement
DE102015209570A1 (de) Halbleitervorrichtung und verfahren zum herstellen einer halbleitervorrichtung
DE102020116653A1 (de) Siliziumcarbid-halbleiterbauelement

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division