DE10357796A1 - Stossstromfestes Leistungshalbleiterbauelement - Google Patents

Stossstromfestes Leistungshalbleiterbauelement Download PDF

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Abstract

Für Leistungshalbleiterbauelemente steigt im Stoßstromfall die Verlustleistung und damit auch die Temperatur des Bauelementes an. Verwendet man, beispielsweise für einen p-Emitter, als Dotierelement einen Akzeptor, der bei Raumtemperatur noch nicht oder nicht vollständig ionisiert ist, so kann der Emitterwirkungsgrad, gleichbedeutend mit einer hohen Emitterdotierung, mit zunehmender Temperatur angehoben werden. Um nun ein Dotierelement zu finden, das bei Raumtemperatur noch nicht oder noch nicht vollständig ionisiert ist, muss ein Akzeptor gewählt werden, dessen Energieniveau entsprechend größer ist. Mit einem Energieniveau von 0,16 eV ist Indium ein geeigneter so genannter tiefer Akzeptor. Um einen ungestörten Normalbetrieb des Leistungshalbleiterbauelementes zu gewährleisten.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleiterbauelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleiterbauelementes.
  • Schaltende Bipolarbauelemente, wie z. B. IGBTs, Bipolar- oder Schottky-Dioden, Thyristoren oder GTOs werden hinsichtlich der Überschwemmungsladungsmenge im Durchlassfall an die in dem jeweiligen Betriebszustand vorherrschenden Schaltbedingungen angepasst. Das heißt, die Überschwemmungsladung im Vorwärtsbetrieb wird durch entsprechend niedrige Emitterwirkungsgrade, also unter anderem durch niedrige Dotierung, begrenzt. Dies kann gegebenenfalls auch durch Maßnahmen zur Reduktion der Ladungsträgerlebensdauer unterstützt werden. In Fehlerfällen kann es in der Applikation zu hohen pulsförmigen Strombelastungen kommen. Schwache, d.h. schwach dotierte Emitter können jedoch durch hohe Stromdichten schneller an ihre Sättigung geraten. Durch die begrenzte injizierte Ladungsträgermenge kann also der differentielle Bahnwiderstand nicht weiter absinken, entsprechend kann der Spannungsabfall nur weiter ansteigen. Durch die damit einhergehende große thermische Belastung wird das Bauelement entweder im Volumen des Chips zerstört oder durch das thermisch bedingte Einlegieren der Vorderseitenmetallisierung der pn-Übergang beschädigt. In diesen Überlastfällen spielen Schaltverluste keine Rolle, da üblicherweise die das Leistungshalbleiterbauelement enthaltende Geräte sofort mit einer Fehlermeldung abgeschaltet werden. Die Leistungshalbleiter sollten diesen Ausfall jedoch möglichst unbeschadet überstehen.
  • Die Dimensionierung der oben angegebenen Emitter, speziell der Anodenemitter von Dioden, konnte bisher nur als Kompromiss zwischen – niedrigen Schaltverlusten und normalem Betrieb, d.h. also mit niedrigem Emitterwirkungsgrad – und der Robustheit gegen singuläre, hohe Stromstöße im Fehlerfall, d.h. also mit hohem Emitterwirkungsgrad, gefunden werden. Die Miniaturisierung innerhalb der Halbleitertechnologie hat nun dazu geführt, dass ein Parameter nur noch auf Kosten des anderen verbessert werden kann.
  • Aus der Veröffentlichung von H.-R. Chang et al mit dem Titel "1200 Volt, 50 Amper Trenchoxide pin Schottky (TOPS) Diode" in den Proceedings zur ISPSD aus 1999 ist die in 1 beschriebene pin Schottky Diode bekannt. 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Trench Oxide pin Schottky (TOPS) Diode. Um ein hohes Aspektverhältnis zu erreichen, weist die Diode in 1 eine Trenchstruktur auf, die einen hervorragenden Kompromiss aus Emitterwirkungsgrad in Vorwärtsrichtung und Schaltcharakteristik gegenüber guter Rückwärtssperrfähigkeit zeigt. Hierzu wurden in einen Halbleiterkörper 1 eines ersten Leitungstyps, z.B. n-Leitungstyp, gegenüber dem Halbleiterkörper isolierte 5 und elektrisch leitfähig gefüllte Gräben 6 eingebracht. Eine erste elektrisch leitfähige Schicht 2 bildet hierbei einen Schottky-Kontakt zu dem Halbleiterkörper und ist mit der zweiten elektrisch leitenden Schicht 3, z.B. Anodenmetall, elektrisch verbunden. Die Grabenisolierung 5 verhindert das seitliche Ausdiffundieren der p-Dopanden und fördert ein hohes Aspektverhältnis der p+-Inseln 4. Dies führt im Sperrfall zu einem sehr geringen Leckstrom der Schottky Diode. In Durchlassrichtung jedoch injizieren die p+-Inseln 4 Überschussladungsträger in die Driftzone und reduzieren somit den Reihenwiderstand der Diode. Nachteilig bei dieser Diodenstruktur ist der fertigungstechnisch hohe Aufwand zum Ausbilden der Gräben, so dass diese Form der Dioden am Markt bisher keine breite Akzeptanz fand.
  • In der Veröffentlichung von H. Schlangenotto mit dem Titel "Improved recovery of fast power diodes having a selfadjusting p emitter efficiency", Proc. EPE Aachen 1989 wird die Struktur und Funktion der in 2 dargestellten Self adjusting p emitter efficiency-Diode (Speed) vorgestellt. 2 zeigt einen schematischen Querschnitt der Speed-Diode. Der p-Emitter der Diode besteht aus einem p-dotierten Bereich 7 mit hoch dotierten p+-Inseln 4. Beide Bereiche 7 und 4 sind in einem Halbleiterkörper 1 angeordnet und mit einer elektrisch leitfähigen Schicht 3 kontaktiert. Die Dotierstoffkonzentration des p-Bereiches 7 ist klein genug gewählt, um eine kleine Ladungsträgerinjektion über einer Stromdichte von 10 A/cm2 zu gewährleisten, aber ist groß genug um zusammen mit der schwach dotierten n-Basiszone 1 eine ausreichende Sperrfähigkeit zu garantieren. Bei höheren Stromdichten beginnen die p+-Inseln 4 neben den niedrig dotierten Wannen zu injizieren. Der Einsatz der Ladungsträgerinjektion kann über die Fläche und den Abstand p+-Inseln eingestellt werden. Problematisch ist jedoch, dass die Grenze der beginnenden Injektion sehr schwer einzustellen ist und daher bereits im normalen Betrieb höhere Schaltverluste in Kauf genommen werden müssen.
  • Aus der US 5,681,763 ist es bekannt für einen Bipolartransistor, in einem Siliziumsubstrat die p-Basis durch die Implantation von Indium herzustellen. Der Dopand Indium hat als Akzeptor in einen npn-Bipolartransistor in der p-Basis im Wesentlichen zwei Vorteile:
    • 1. Da Indium sehr viel langsamer als Bor diffundiert, ist es möglich, Transistoren mit schmalen Basisbreiten und damit schnelleren Schaltzeiten herzustellen.
    • 2. Verglichen zu Bor hat Indium ein tieferes Akzeptorniveau. Diese Eigenschaft des Indiums führt dazu, dass bei Raumtemperatur Indium nur unvollständig ionisiert ist. Für die somit quasi neutrale Basis führt die Indiumdotierung damit zu einer erhöhten Durchbruchsspannung. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass das gesamte Bauelement, dadurch dass die Basis ausschließlich aus Indiumdopanten besteht, stark temperaturabhängig wird.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein stoßstromfestes Leistungshalbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstel lung desselben anzugeben, für das die oben beschriebenen Nachteile überwunden werden.
  • Gelöst wird diese Aufgabe ausgehend von den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. durch die Merkmale des Patentanspruchs 7.
  • Für Leistungshalbleiterbauelemente steigt im Stoßstromfall die Verlustleistung und damit auch die Temperatur des Bauelementes an. Verwendet man, beispielsweise für einen p-Emitter, als Dotierelement einen Akzeptor, der bei Raumtemperatur noch nicht oder nicht vollständig ionisiert ist, so kann der Emitterwirkungsgrad, gleichbedeutend mit einer hohen Emitterdotierung, mit zunehmender Temperatur angehoben werden. Für die Dichte der beweglichen Ladungen als Funktion der reziproken Temperatur lassen sich drei Zonen unterscheiden. Die in den intrinsischen Bereich, den Sättigungsbereich und den so genannten Freezeout-Bereich. Im Freezeout-Bereich ist nur ein Teil der Dotierstoffe ionisiert, also elektrisch aktiv. Der Ionisierungsgrad, z. B. bei Raumtemperatur eines Akzeptors hängt ab von der Lage des Energieniveaus des Akzeptors bezogen auf seine Valenzbandkante. Bor z. B. hat ein Energieniveau von 0,045 eV und ist bei Raumtemperatur vollständig ionisiert. Um nun ein Dotierelement zu finden, das bei Raumtemperatur noch nicht oder noch nicht vollständig ionisiert ist, muss ein Akzeptor gewählt werden, dessen Energieniveau entsprechend größer ist. Mit einem Energieniveau von 0,16 eV ist beispielsweise Indium ein geeigneter so genannter tiefer Akzeptor. Um einen ungestörten Normalbetrieb des Leistungshalbleiterbauelementes zu gewährleisten, ist es wünschenswert einen konstanten Emitterwirkungsgrad bis ca. 150°C zu haben. Für höhere Temperaturen sollte der Emitterwirkungsgrad dagegen deutlich ansteigen.
  • Ein erfindungsgemäßes Leistungshalbleiterbauelement weist einen Halbleiterkörper eines ersten Leitungstyps mit einer O berfläche auf. In diesem Halbleiterkörper ist angrenzend an die Oberfläche ein Bereich eines zweiten Leitungstyps eingebracht. Um nun eine betriebszustandsabhängige Ladungsträgerdichte innerhalb des Leistungshalbleiterbauelementes zu realisieren, d.h. abhängig von Temperatur und/oder angelegter Spannung, wird in den Bereich eines zweiten Leitungstyps ein zweiter Bereich eines zweiten Leitungstyps, z. B. ein Indiumdotierter Bereich, eingebracht. Sowohl der erste, wie der zweite Bereich eines zweiten Leitungstyps wird mittels einer elektrisch leitfähigen Schicht kontaktiert. In dieser Struktur befindet sich zumindest ein Großteil der Dosis des tiefen Akzeptors, z. B. Indium, in einem Gebiet mit einem konventionellen Akzeptor, wie z. B. Bor. Da der ionisierte Anteil des tiefen Akzeptors im thermischen Gleichgewicht von der Löcherdichte abhängig ist, ist dieser ionisierte Anteil bei gleichzeitig vorhandener Bor-Hintergrunddotierung niedriger als ohne konventionellen Akzeptor. Er steigt erst bei höheren Temperaturen bis auf praktisch 100% der vorhandenen tiefen Akzeptoratome an. Somit ergibt sich im Normalbetrieb der für eine niedrige Schaltverlustleistung erforderliche geringe Emitterwirkungsgrad und im Stoßstromfall der entsprechend hohe Wirkungsgrad.
  • Eine elektrisch leitfähige Schicht, z.B. Metallschicht, kontaktiert die erste und/oder zweite Schicht des zweiten Leitungstyps und bildet damit z.B. den Anodenkontakt.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.
  • In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform – Anspruch 2 – weist der in den zweiten Bereich eingebrachten Dotierstoff ein Energieniveau auf, das so zur Valanz- oder Leitungsbandkante des Halbleiterkörpers benachbart ist, dass sich sein Ionisierungsgrad betriebszustandsabhäng ändert. D.h. im Falle eines Akzeptors als Dotierstoff weist der Akzeptor ein Energieniveau knapp über der Valenzbandkante des Substratmaterials auf, so daß der Akzeptor, der unter Normalbedingungen noch nicht oder nicht vollständig ionisiert ist z.B. bei Temperaturerhöhung oder in einem elektrischen Feld ionisiert wird. Für den Fall eines Donators als Dotierstoff gilt analog, dass der Donator ein Energieniveau kanpp unter der Leitungsbandkante des Substratmaterials aufweist, so daß der Donator, der unter Normalbedingungen noch nicht oder nicht vollständig ionisiert ist z.B. bei Temperaturerhöhung oder in einem elektrischen Feld ionisiert wird und Elektronen ins Leitungsband des Substratmaterials abgibt.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform – Anspruch 3 – ist der zweite Bereich eines zweiten Leitungstyps Indium-dotiert. Wegen seiner Eigenschaften als tiefer Akzeptor ist dieses Element gerade in Kombination mit dem großtechnisch eingesetzten Akzeptor-Dotierstoff Bor sehr geeignet.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform – Anspruch 4 – ist das Leistungshalbleiterbauelement eine Diode, ein Thyristor, ein Abschaltthyristor(= Gate-turn-off = GTO) oder ein Transistor, da gerade diese Bauelemente die Grundelemente vieler integrierter Schalkreise oder Leistungshalbleiterbauelmente sind und damit der Vorteil bzgl. der Schaltverluste und der Robustheit besonders zum Tragen kommen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform – Anspruch 5 – wird der erste Bereich mit Ladungsträgern eines zweiten Leitungstyps so in dem Halbleiterkörper angeordnet, dass nur über eine Grabenstruktur eine elektrisch leitfähige Verbindung von dem Bereich mit Ladungsträgern eines zweiten Leitungstyps zur elektrisch leitfähigen Schicht auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers hergestellt wird.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform – Anspruch 6 – sind die beiden Bereiche mit Ladungsträgern eines zweiten Leitungstyps ineinander oder nebeneinander als Dotierstoffinseln streifen- oder ringförmig angeordnet.
  • Bei Leistungshalbleitern haben die Bonddrähte üblicherweise einen Durchmesser von z. B. 150 bis 500 μm, der damit deutlich über der Dicke der Vorderseitenmetallisierung, beispielsweise 3 bis 10 μm Aluminiumlegierung, liegt. Die Stromdichte in der Vorderseitenmetallisierung und damit die Verlustleistungsdichte bzw. die Temperatur aufgrund des ohmschen Spannungsabfalls innerhalb der Metallisierung ist daher direkt neben den Bonddrähten sehr hoch. Dies führt bei entsprechender hoher Strombelastung und entsprechenden Temperaturen zum lokalen Einlegieren von Aluminium in die Halbleiteroberfläche und damit zum Bauelementeausfall.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform – Anspruch 7 – befindet sich der zweite Bereich eines zweiten Leitungstyps, z.B. das Indium-dotierte Gebiet, inselförmig in der Anode und zwar genau unter dem späteren Bondkontakt im montierten Zustand. Befindet sich der verstärkte Emitter nur direkt unter den Bonddrähten, so konzentriert sich die Stromdichte innerhalb des Chips auch nur auf diese Bereiche, da sie den niedrigsten Bahnwiderstand im Halbleiter aufweisen. Die Stromdichte und die Temperatur in der Metallisierung und in dem weiter entfernten Si-Basismaterial steigen etwas schwächer an als im Fall ohne lediglich lokale Einbringungen des tiefen Akzeptors. Diese Struktur lässt sich mit konventionellen Akzeptoren, wie z. B. Bor nicht so ohne weiteres anwenden, da in diesem Fall der Wirkungsgrad des Anodenemitters durch die dann gebildeten p+-Inseln bereits zu stark für die dynamischen Anforderungen wäre. Die exakte Positionierung der Bonddrähte lässt sich beispielsweise über eine entsprechend maskierte und strukturierte Passivierungsschicht lösen.
  • Das Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleiterbauelementes – Anspruch 8 -und seiner Weiterbildungen weist folgende Verfahrensschritte auf. Es wird ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitungstyps mit einer Oberfläche bereitgestellt, z. B. Silizium eines n-Leitungstyps. In dieses Halbleitersubstrat wird angrenzend an die Oberflä che ein erster Bereich eines zweiten Leitungstyps dotiert, z. B. p-Leitungstyp. In diesen ersten Bereich zweiten Leitungstyps wird ein zweiter Bereich des gleichen Leitungstyps eingebracht. Der Dotierstoff soll hierbei die Eigenschaft haben, dass die Anzahl der Ladungsträger betriebszustandsabhängig ist. Indium erfüllt diese Anforderung zum Beispiel, da je nach Temperatur oder anliegender Spannung der Ionisationsgrad des Indiums unterschiedlich ist. Zur elektrischen Kontaktierung wird auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers eine den ersten und zweiten Bereich kontaktierende elektrisch leitfähige Kontaktschicht abgeschieden. Diese bildet z. B. im Fall einer Diode den Anodenkontakt.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens – Anspruch 9 – wird vor und/oder nach dem Dotieren des ersten Bereiches eines zweiten Leitungstyps eine Maskierungsschicht aufgebracht und strukturiert und spätestens vor dem Aufbringen der Kontaktierungsschicht wieder entfernt. Dies führt dazu, dass erster und/oder zweiter Bereich nicht über das gesamte Leistungshalbleiterbauelement eingebracht werden, sondern nur auf den entsprechend strukturierten Bereichen. Hier könnten die Dotiergebiete mit tiefen und konventionellen Akzeptoren als Inseln bzw. als Streifen nebeneinander ausgebildet werden oder als tiefe Akzeptorinseln in einer ganzflächigen Schicht eines konventionellen Akzeptors eingebracht werden. Da für den globalen Wirkungsgrad des Anodenemitters die integrale Dosis der gesamten Akzeptoren der Anode bzw. Anodeninseln entscheidend ist, können mit Inselstrukturen einerseits technologisch vorgegebene untere Grenzen der Dotierstoffkonzentration andererseits aber auch maximale Dotierstoffdosen die das Schaltverhalten bestimmen, eingehalten werden. Da die Indiumdotierung bei üblichen Betriebstemperaturen nicht vollständig ionisiert ist, könnte es bei entsprechend niedriger Gesamtdosis zu einem dynamischen "punchen" des elektrischen Feldes an die Anodenmetallisierung und damit zu einem temporären Anstieg des Sperrstromes kommen. Es werden jedoch auch beim Einwirken eines elektrischen Feldes bei tiefen Akzeptoren alle Atome ionisiert. Zu berücksichtigen ist, dass dies allerdings nur mit der zugehörigen temperaturabhängigen Generationsrate, also mit Zeitverzug geschieht. Besonders kritisch ist dieses Verhalten bei niedrigen Betriebstemperaturen, z. B. unterhalb –40°C, da hier der ionisierte Anteil der tiefen Akzeptoren noch kleiner ist.
  • Da die Diffusionsgeschwindigkeit von Indium niedriger ist als die von Bon lassen sich in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform – Anspruch 10 – erster und zweiter Bereich mittels zweier gleichzeitiger oder kurz aufeinander folgender Implantationen und einer gemeinsamen Diffusion bilden. Auch dies führt dann zu der erfindungsgemäßen Struktur bei der der zweite Bereich zweiten Leitungstyps, z. B. Indium, in dem ersten Bereich zweiten Leitungstyps, z. B. Bor angeordnet ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform – Anspruch 11 – wird die Dosis der tiefen Akzeptoren, z. B. Indium, so groß gewählt, dass immer genügend ionisierte Atome zum Abbau des elektrischen Feldes zur Verfügung stehen und damit Schaltverluste verringert werden können. Die nötige Dotierung der tiefen Akzeptoren kann dabei durch eine vorgelagerte Dotierung mit konventionellen Akzeptoren so reduziert werden, dass das elektrische Feld die Anodenmetallisierung sicher nicht erreicht. Da die bei Raumtemperaturen ionisierten konventionellen Akzeptoren jedoch auch gleichzeitig zum Emitterwirkungsgrad beitragen, ist man in der Wahl der Dosis auch der tiefen Akzeptoren frei um ein gewünschtes Schaltverhalten einzustellen. Es ist daher von Nöten je nach Applikation das Verhältnis tiefer/konventioneller Akzeptoren entsprechend einzustellen.
  • Es werden daher die konventionellen Anodendotierungen, z. B. mit Bor so gestaltet, dass sie die Dotierung mit dem tiefen Akzeptor, z. B. Indium, partiell gegen das elektrische Feld abschirmt. Es werden also weniger ionisierte Atome des tiefen Akzeptors zum Abbau des elektrischen Feldes benötigt. Dies lässt sich zum einen dadurch erreichen, dass sich der in dem Halbleiterkörper angeordnete erste Bereich mit Ladungsträgern eines zweiten Leitungstyps weiter in den Halbleiterkörper streckt als der in dem ersten Bereich angeordnete zweite Bereich mit Ladungsträgern eines zweiten Leitungstyps.
  • Nachfolgend wird die Struktur zweier nach dem Stand der Technik ausgebildeter Dioden sowie Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Struktur als auch ein Beispiel für ein Verfahren anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
  • 1 Schnittdarstellung einer Trench Oxide pin Schottky (TOPS);
  • 2 Schnittdarstellung einer Self-adjusting p emitter efficiency-Diode (Speed)
  • 3 Schnittdarstellung ganzflächig überlagerte Dotierungen;
  • 4 Schnittdarstellung einer Diode mit teilweise eingelagerten Bereichen tiefer Akzeptoren;
  • 5 Schnittdarstellung einer Diodenstruktur mit tief diffundierten Akzeptorinseln;
  • 6 Schnittdarstellung einer Diodenstruktur mit Akzeptorinseln am Ende einer Grabenstruktur;
  • 3 zeigt eine Ausführungsform einer Diodenstruktur mit überlagerten Dotierungen. In einen Halbleiterkörper 1 eines ersten Leitungstyps, z. B. n-Leitungstyp, sind zwei Bereiche eines zweiten Leitungstyps, z. B. p-Leitungstyp, eingebracht. Der zweite Bereich eines zweiten Leitungstyps ist hierbei in dem ersten Bereich zweiten Leitungstyps angeordnet. Der Dotierstoff des zweiten Bereichs des zweiten Leitungstyps hat hierbei die Eigenschaft je nach Zustand des Halbleiterbauelementes unterschiedlich ionisiert zu sein. Der Ionisationsgrad kann hierbei von der Temperatur des Halbleiterbauelementes oder aber auch z. B. von dem angelegten elektrischen Feld abhängen. Beide Bereiche zweiten Leitungstyps sind mit einer elektrisch leitfähigen Schicht 3, z. B. dem Anodenmetall elektrisch verbunden.
  • 4 zeigt eine Schnittdarstellung einer vorteilhaften Ausführungsform einer Halbleiterdiode mit einem schwachen Emitter. In dieser Ausführungsform ist der zweite Bereich eines zweiten Leitungstyps 8 nur in Teilbereichen des ersten Bereichs zweiten Leitungstyps angeordnet. Da für den globalen Wirkungsgrad des Anodenemitters nur die integrale Dosis der gesamten Akzeptoren der Anode bzw. der Anodeninseln entscheidend ist, können mit Inselstrukturen einerseits technologisch vorgegebene untere Grenzen der Dotierstoffkonzentration zum anderen aber auch maximale Dotierstoffdosen die das Schaltverhalten bestimmend eingehalten werden. Beide Bereiche zweiten Leitungstyps sind mit einer elektrisch leitfähigen Schicht 3, z. B. dem Anodenmetall elektrisch verbunden.
  • 5 zeigt die Schnittdarstellung einer vorteilhaften Ausführungsform einer Diode, bei der die ersten Bereiche eines zweiten Leitungstyps 7 weiter in den Halbleiterkörper 1 hineinreichen als der zweite Bereich eines zweiten Leitungstyps B. Hierbei ist der erste Bereich eines zweiten Leitungstyps so ausgeformt, dass er die Dotierung des ersten Bereichs eines zweiten Leitungstyps, z. B. mit einem tiefen Akzeptor, wie Indium, partiell gegen das elektrische Feld abschirmt. Es werden also weniger ionisierte Atome des zweiten Bereichs eines zweiten Leitungstyps, z. B. des tiefen Akzeptors, zum Abbau des elektrischen Feldes benötigt. Beide Bereiche zweiten Leitungstyps sind mit einer elektrisch leitfähigen Schicht 3, z. B. dem Anodenmetall elektrisch verbunden.
  • 6 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform einer Diodenstruktur. An dieser Struktur sind die ersten Bereiche eines zweiten Leitungstyps 4, wie in der Diodenstruktur nach dem Stand der Technik aus 1 über eine vom Halbleiterkörper 1 isolierte Grabenstruktur 6 mit der elektrisch leitfähigen Schicht 3, z. B. dem Anodenmetall, elektrisch verbunden.
  • Im Unterschied zu 1 ist bei dieser vorteilhaften Ausführungsform jedoch an der Oberfläche des Halbleiterkörpers 1 ein zweiter Bereich eines zweiten Leitungstyps 8, z. B. p-Leitungstyps eingebracht. Die Ladungsträgerdichte innerhalb dieses zweiten Bereichs ist betriebszustandsabhängig und kann z. B. mit einer Indiumdotierung realisiert werden.
    •
    • 1
    Halbleiterkörper eines n-Leitungstyps
    2
    erste elektrisch leitfähige Schicht ausgeführt als
    Schottkykontakt
    3
    zweite elektrisch leitfähige Schicht ausgeführt als
    Anodenmetallisierung
    4
    p+-Inseln
    5
    Grabenisolation
    6
    elektrisch leitfähig gefüllter Graben
    7
    erster Bereich eines p-Leitungstyps ausgeführt als Bor
    dotierte p-Wanne
    8
    zweiter Bereich eines p-Leitungstyps ausgeführt als
    Indium dotierter Bereich

Claims (11)

  1. Leistungshalbleiterbauelement aus einem Halbleiterkörper eines ersten Leitungstyps mit einer Oberfläche, einem in dem Halbleiterkörper angeordneten ersten Bereich mit Ladungsträgern eines zweiten Leitungstyps und einem in dem ersten Bereich angeordneten zweiten Bereich mit Ladungsträgern eines zweiten Leitungstyps, einer auf die Oberfläche aufgebrachte elektrisch leitfähige Schicht gekennzeichnet durch eine betriebszustandsabhängige Anzahl von Ladungsträgern im zweiten Bereich.
  2. Leistungshalbleiterbauelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen in den zweiten Bereich eingebrachten Dotierstoff mit einem Energieniveau, das so zur Valanz- oder Leitungsbandkante des Halbleiterkörpers benachbart ist, dass sich sein Ionisierungsgrad betriebszustandsabhäng ändert.
  3. Leistungshalbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass der zweite Bereich Indium-dotiert ist.
  4. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass das Leistungshalbleiterbauelement eine Diode, ein Thyristor, ein GTO oder ein Transistor ist.
  5. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet dass der erste Bereich mit Ladungsträgern eines zweiten Leitungstyps so in dem Halbleiterkörper angeordnet ist, dass nur über eine Grabenstruktur eine elektrisch leitfähige Verbindung von dem Bereich mit Ladungsträgern eines zweiten Leitungstyps zur elektrisch leitfähigen Schicht auf der Oberfläche des Halblei terkörpers hergestellt wird.
  6. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet dass die beiden Bereiche mit Ladungsträgern eines zweiten Leitungstyps ineinander oder nebeneinander als Dotierstoffinseln streifen- oder ringförmig angeordnet sind.
  7. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6 gekennzeichnet durch einen Bondkontakt unter welchem der zweite Bereich eines zweiten Leitungstyps angeordnet ist.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleiterbauelementes mit den Verfahrensschritten – Bereitstellen eines Halbleitersubstrates eines ersten Leitungstyps mit einer Oberfläche – Dotieren eines an die Oberfläche angrenzenden und in dem Halbleitersubstrat angeordneten ersten Bereiches eines zweiten Leitungstyps – Dotieren eines in dem ersten Bereich angeordneten zweiten Bereiches eines zweiten Leitungstyps dessen Anzahl von Ladungsträgern sich nach der Dotierung betriebszustandsabhängig einstellt – Abscheiden einer elektrisch leitfähigen Kontakierungsschicht auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers
  9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem vor und/oder nach dem Dotieren des ersten Bereiches eines zweiten Leitungstyps eine Maskierungsschicht aufgebracht und strukturiert wird und spätestens vor dem Aufbringen der Kontaktierungsschicht wieder entfernt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem der erste und zweite Bereich mittels zweier gleichzeitiger oder kurz auf einander folgender Implantationen und einer gemeinsamen Diffusion gebildet werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich der im Halbleiterkörper angeordnete erste Bereich mit Ladungsträgern eines zweiten Leitungstyps weiter in den Halbleiterkörper streckt als der in dem ersten Bereich angeordnete zweite Bereich mit Ladungsträgern eines zweiten Leitungstyps.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9082741B2 (en) 2012-05-18 2015-07-14 Infineon Technologies Ag Semiconductor device including first and second semiconductor materials

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10122362A1 (de) * 2001-05-09 2002-11-21 Infineon Technologies Ag Halbleiterbauelement
DE10122364A1 (de) * 2001-05-09 2002-11-21 Infineon Technologies Ag Kompensationsbauelement, Schaltungsanordnung und Verfahren
DE10122361A1 (de) * 2001-05-09 2002-11-21 Infineon Technologies Ag Halbleiterbauelement

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5681763A (en) * 1995-12-29 1997-10-28 Lucent Technologies Inc. Method for making bipolar transistors having indium doped base

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10122362A1 (de) * 2001-05-09 2002-11-21 Infineon Technologies Ag Halbleiterbauelement
DE10122364A1 (de) * 2001-05-09 2002-11-21 Infineon Technologies Ag Kompensationsbauelement, Schaltungsanordnung und Verfahren
DE10122361A1 (de) * 2001-05-09 2002-11-21 Infineon Technologies Ag Halbleiterbauelement

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9129934B2 (en) 2009-11-19 2015-09-08 Infineon Technologies Ag Power semiconductor module and method for operating a power semiconductor module

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