DE3804254A1 - Durch feldeffekt steuerbares halbleiterbauelement - Google Patents

Durch feldeffekt steuerbares halbleiterbauelement

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DE3804254A1
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semiconductor
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DE19883804254
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Helmut Hertrich
Jenoe Dr Tihanyi
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • 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
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    • 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
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    • H01L29/1095—Body region, i.e. base region, of DMOS transistors or IGBTs

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein durch Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper mit einer Innen­ zone vom ersten Leitungstyp, die an eine der Oberflächen des Halb­ leiterkörpers angrenzt, mit einer Basiszone vom zweiten Leitungs­ typ, die in die genannte Oberfläche des Halbleiterkörpers einge­ bettet ist, mit einer Sourcezone vom ersten Leitungstyp, die in die Basiszone eingebettet ist, mit einer an die Innenzone angren­ zenden Anodenzone vom zweiten Leitungstyp, mit einer Sourceelek­ trode, die die Sourcezone und die Basiszone kontaktiert und die mit einem Sourceanschluß verbunden ist, und mit einer gegen den Halbleiterkörper isolierten Gateelektrode.
Ein Halbleiterbauelement der genannten Art ist als IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor) bekannt geworden und beispielsweise in der Zeitschrift "Elektronik" 9, 1987, Seiten 120 bis 124 beschrie­ ben.
Er benötigt zum Einschalten eine Steuerspannung, die während des eingeschalteten Zustands aufrecht erhalten werden muß.
Die Erfindung hat das Ziel, das genannte Bauelement so weiterzu­ bilden, daß die Zuführung eines kurzen Spannungsimpulses aus­ reicht, um das Bauelement für längere Zeit leitend zu steuern.
Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß in die Innenzone an der genannten Oberfläche eine weitere Zone des zweiten Leitungstyps eingebettet ist, daß die weitere Zone mit der Gateelektrode ver­ bunden ist und über einen Schalter mit der Sourceelektrode ver­ bindbar ist.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbin­ dung mit der Figur näher erläutert.
Der Halbleiterkörper des Halbleiterbauelements ist mit 1 bezeich­ net. Er hat eine sourceseitige Oberfläche 3 und eine drainsei­ tige Oberfläche 4. Er weist eine n-dotierte Innenzone 2 auf, die an die Oberfläche 3 des Halbleiterkörpers 1 angrenzt. In die Oberfläche 3 ist eine Basiszone 5 eingebettet. Sie hat den der Innenzone entgegengesetzten Leitungstyp. Sie kann beispielsweise in einen flachen, schwach p-dotierten Bereich und in einen dickeren, stark p-dotierten Bereich unterteilt sein. In die Ba­ siszone 5 ist eine stark p-dotierte Sourcezone 6 eingebettet. Die Basiszone 5 und die Sourcezone 6 sind von einer Sourceelektro­ de 8 kontaktiert, die einen starken Nebenschluß zwischen der Sourcezone 6 und der Basiszone 5 bildet.
An die andere Seite der Innenzone 2 grenzt eine stark p-dotierte Zone 11 an, die die Anodenzone bildet. Diese ist mit einer Drain­ elektrode 12 kontaktiert. Die Oberfläche 3 des Halbleiterkörpers ist mit einer Isolierschicht 14 versehen. Auf dieser sitzt eine Gateelektrode 10 die im wesentlichen den flachen Teil der Zone 5 und einen Teil der Innenzone 1 überdeckt. Die Gateelektrode 10 kann über einen Schalter 16 mit einer Gatespannung +U G verbunden werden.
In die Oberfläche 3 des Halbleiterkörpers ist im Abstand von der Basiszone 5 eine weitere Zone 7 eingebettet, die p-dotiert ist. Diese Zone 7 ist nicht von der Gateelektrode überdeckt. Sie ist mit einer Elektrode 9 kontaktiert, die, wahlweise über einen Wi­ derstand 19, über eine Leitung 20 mit der Gateelektrode 10 elek­ trisch verbunden ist. Die Elektrode 9 und die Gateelektrode 10 kann über einen Schalter 15 mit einer Sourcespannungsquelle ver­ bunden werden. Das Sourcepotential kann beispielsweise Masse­ potential sein.
Das dargestellte Halbleiterbauelement setzt sich aus einem IGBT (rechts der gestrichelten Linie 18) und der zusätzlichen kon­ taktierten Zone 7 (links der gestrichelten Linie 18) zusammen. Zum Einschalten des Halbleiterbauelements wird die Gateelektrode 10 über den Gateanschluß 21 und über Schalter 16 an die Gatespan­ nung +U G gelegt. Dann bildet sich im niedrig dotierten, flachen Teil der Basiszone 5 ein Kanal 13 aus, durch den negative Ladungs­ träger in die Innenzone 2 fließen. Diese bewegen sich zur Anoden­ zone 11. Von dort bewegen sich positive Ladungsträger in Richtung zur Basiszone 5. Positive Ladungsträger fließen von der Zone 11 auch zur Zone 7 und erhöhen somit deren Potential. Dieses liegt über die Elektrode 9 und die Verbindungsleitung 20 auch an der Gateelektrode 10. Ist diese Spannung hoch genug, bleibt der Kanal 13 erhalten und der Strom im Bauelement fließt auch dann weiter, wenn der Schalter 16 geöffnet wird. Das Bauelement läßt sich ein­ fach dadurch abschalten, daß der Schalter 15 geschlossen wird. Damit wird die Gateelektrode auf Sourcepotential gelegt und der Kanal 13 verschwindet. Damit hört der Stromfluß auf. Die Struktur kann daher wie ein abschaltbarer Thyristor eingesetzt werden.
Zur Erhöhung der Sperrspannung in Vorwärtsrichtung bei im wesent­ lichen unveränderten Durchlaßeigenschaften kann zwischen der In­ nenzone 2 und der Anodenzone 11 noch eine höher dotierte Schicht 17 vorgesehen werden, die den gleichen Leitungstyp wie die Innen­ zone 2 aufweist. Mit der Größe des Widerstandes 19 läßt sich die Steuerspannungs-Strom-Charakteristik des Halbleiterbauelements einstellen.

Claims (3)

1. Durch Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper (1) mit einer Innenzone (2) vom ersten Leitungs­ typ, die an eine der Oberflächen (3) des Halbleiterkörpers (1) an­ grenzt, mit einer Basiszone (5) vom zweiten Leitungstyp, die in die genannte Oberfläche (3) des Halbleiterkörpers eingebettet ist, mit einer Sourcezone (6) vom ersten Leitungstyp, die in die Basiszone (5) eingebettet ist, mit einer an die Innenzone angren­ zenden Anodenzone (11) vom zweiten Leitungstyp, mit einer Source­ elektrode (8), die Sourcezone und die Basiszone kontaktiert und die mit einem Sourceanschluß verbunden ist, und mit einer gegen den Halbleiterkörper isolierten Gateelektrode (10), dadurch gekennzeichnet, daß in die Innen­ zone (2) an der genannten Oberfläche (3) eine weitere Zone (7) des zweiten Leitungstyps eingebettet ist, daß die weitere Zone mit der Gateelektrode (10) verbunden ist und über einen Schalter (15) mit der Sourceelektrode (8) verbindbar ist.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der weiteren Zone (7) und der Gateelektrode (1) ein Widerstand (19) liegt.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Innenzone (2) und der Anodenzone (11) eine Halbleiterschicht (17) liegt, die den gleichen Leitungstyp wie die Innenzone hat, aber höher do­ tiert ist als diese.
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