DE10048165B4 - Power semiconductor device having a spaced apart from an emitter zone stop zone - Google Patents

Power semiconductor device having a spaced apart from an emitter zone stop zone Download PDF

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Abstract

Leistungs-IGBT (1) mit einem Halbleiterkörper (10), der aufweist:
– einen p-dotierten Bereich (17),
– einen n-dotierten Bereich (16) mit einem ersten Teilbereich (16'), einem zweiten Teilbereich (16''), der eine Stoppzone bildet, und mit einem dritten Teilbereich (16'''), wobei der erste Teilbereich (16') an den zweiten Teilbereich (16'') und der zweite Teilbereich (16'') an den dritten Teilbereich (16''') grenzt, wobei
– der dritte Teilbereich (16''') an den p-dotierten Bereich (17) grenzt und mit diesem eine Grenzfläche (167) bildet, der erste und der dritte Teilbereich (16', 16''') niedriger dotiert sind als der p-dotierte Bereich (17) und die Stoppzone parallel zu der Grenzfläche (167) verläuft und eine höhere Dotierungskonzentration als der erste und dritte Teilbereich (16', 16''') aufweist, wobei
– ein Abstand (d) zwischen der Stoppzone (16'') und der Grenzfläche (167) zwischen 10 μm und 30 μm beträgt, wobei
– in einem Durchlassbetrieb des Bauelements der p-dotierte Bereich...A power IGBT (1) comprising a semiconductor body (10) comprising:
A p-doped region (17),
An n-doped region (16) having a first subregion (16 '), a second subregion (16'') forming a stop zone, and a third subregion (16'''), the first subregion (16 ') to the second portion (16'') and the second portion (16'') adjacent to the third portion (16'''), wherein
- The third portion (16 ''') adjacent to the p-doped region (17) and forms with this an interface (167), the first and the third portion (16', 16 ''') are doped lower than that p-doped region (17) and the stop zone is parallel to the interface (167) and has a higher doping concentration than the first and third portion (16 ', 16'''), wherein
- A distance (d) between the stop zone (16 '') and the interface (167) between 10 .mu.m and 30 .mu.m, wherein
In a transmission mode of the component, the p-doped region is ...

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper, der aufweist:

  • – einen dotierten ersten Bereich eines ersten Leitungstyps,
  • – einen flächig an den ersten Bereich angrenzenden zweiten Bereich mit einer relativ zu dem ersten Bereich niedrigeren Dotierungskonzentration und mit einer sich parallel zu einer Grenzfläche zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich erstreckenden Stoppzone des Leitungstyps des zweiten Bereichs, die eine höhere Dotierungskonzentration als übrige Bereiche des zweiten Bereichs aufweist, wobei
  • – in einem Durchlassbetrieb des Bauelements der erste Bereich und der zweite Bereich einschließlich der Stoppzone von einem elektrischen Strom senkrecht zur Grenzfläche durchflossen sind.
The invention relates to a power semiconductor component having a semiconductor body, comprising:
  • A doped first region of a first conductivity type,
  • A second region adjacent to the first region, with a doping concentration lower relative to the first region, and a second conductivity type stop zone extending parallel to an interface between the first region and the second region, which has a higher doping concentration than remaining regions of the second region, wherein
  • - In a passage operation of the device, the first region and the second region including the stop zone are traversed by an electric current perpendicular to the interface.

Bei einem Bauelement der genannten Art kann während eines Abschaltvorganges ein sogenanntes Abreißen des Bauelements auftreten. Ein Abreißen des Bauelements sollte vermieden werden, da dieser Effekt eine Zerstörung des Bauelements mit sich bringen kann.at a component of the type mentioned can during a shutdown a so-called tearing off of the component occur. A tearing of the device should be avoided, since this effect destruction of the device with it can bring.

Bisher wird das Abreißen des Bauelements vor allem dadurch vermieden, dass eine Dicke des Körpers aus Halbleitermaterial des Bauelements ausreichend groß gewählt wird, so dass während des Abschaltens aus einer neutralen Zone des an den ersten Bereich Dotierungskonzentration grenzenden zweiten Bereichs des Bauelements noch genügend Ladungsträger nachgeliefert werden können. Dies bringt aber wiederum erhöhte Verluste im Bauelement mit sich. Insbesondere ist ein solches Vor gehen dann problematisch, wenn das Bauelement auch eine gute Höhenstrahlungsfestigkeit aufweisen soll und deswegen im zweiten Bereich eine sehr geringe Grunddotierung – meistens in Verbindung mit einer flächig an den ersten Bereich grenzenden Stoppzone höherer Dotierungskonzentration – vorliegt.So far will be tearing off The component is mainly avoided by having a thickness of the body Semiconductor material of the device is chosen sufficiently large, so while switching off a neutral zone of the to the first area Doping concentration adjacent the second region of the device still enough charge carriers nachgeliefert can be. But this brings in turn increased Losses in the device with it. In particular, such a go before then problematic, if the device also a good Höhenstrahlungsfestigkeit should have and therefore in the second area a very low Grunddotierung - mostly in conjunction with a flat at the first region adjacent stop zone higher doping concentration - is present.

Die DE 40 01 368 C2 beschreibt einen Leistungs-IGBT, der eine p-dotierte Drainschicht, eine sich an die Drainschicht anschließende, komplementär zu der Drainschicht dotierte erste Pufferschicht, eine sich an die erste Pufferschicht anschließende zweite Pufferschicht, die höher dotiert ist als die erste Pufferschicht, sowie eine sich an die zweite Pufferschicht anschließende Driftzone (Leitungstyp-Modulationsschicht) aufweist. Die Pufferschichten sind dabei höher dotiert als die Driftzone.The DE 40 01 368 C2 describes a power IGBT comprising a p-type drain layer, a first buffer layer doped adjacent to the drain layer complementary to the drain layer, a second buffer layer subsequent to the first buffer layer doped higher than the first buffer layer, and a second buffer layer Having on the second buffer layer subsequent drift zone (conductivity type modulation layer). The buffer layers are doped higher than the drift zone.

Die US 4,517,582 A beschreibt einen asymmetrischen Thyristor mit einem p-Emitter und einer n-Basis und mit einer zwischen der n-Basis und dem p-Emitter angeordneten, höher als die n-Basis dotierten Stoppzone.The US 4,517,582 A describes an asymmetric thyristor having a p-emitter and an n-base and having a higher than the n-base doped stop zone between the n-base and the p-emitter.

Die DE 29 41 021 A1 beschreibt einen Thyristor, bei dem zwischen einer p-Basis und einem n-Emitter eine intrinsische Halbleiterzone (I-Zone) mit wesentlich niedrigerer Dotierungskonzentration wie die Emitterzone und die Basiszone angeordnet ist.The DE 29 41 021 A1 describes a thyristor in which an intrinsic semiconductor zone (I-zone) with a substantially lower doping concentration, such as the emitter zone and the base zone, is arranged between a p-base and an n-emitter.

Die EP 0 621 640 A1 beschreibt ein Leistungshalbleiterbauelement mit einem transparenten Emitter und einer sich unmittelbar an den Emitter anschließenden Stoppschicht.The EP 0 621 640 A1 describes a power semiconductor device having a transparent emitter and a stop layer immediately adjacent to the emitter.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Leistungshalbleiterbauelement bereitzustellen, das einerseits eine möglichst geringe Bauelementdicke aufweist, um somit die im Betrieb auftretenden Leistungsverluste so gering wie möglich zu halten, und das andererseits aber auch beim Abschalten ein möglichst weiches Abschaltverhalten aufweist.task The invention is to provide a power semiconductor device, on the one hand one possible has low component thickness, so as to occur during operation To minimize power losses, and on the other hand but also when switching off as soft as possible Has shutdown.

Diese Aufgabe wird durch die Bauelemente gemäß der Ansprüche 1 und 3 gelöst.These The object is achieved by the components according to claims 1 and 3.

Wesentlich ist bei diesen Bauelementen, dass die Stoppzone in einem Abstand von der Grenzfläche angeordnet ist, so dass zwischen der Stoppzone und der Grenzfläche ein Teilbereich des zweiten Bereichs vorhanden ist, der den Leitungstyp dieses zweiten Bereichs und eine relativ zur Stoppzone und zu dem ersten Bereich niedrigere Dotierungskonzentration aufweist. In diesem dotierten Teilbereich können während des Abschaltvorgangs freie Ladungsträger über eine gewisse Zeit gespeichert werden, um zum geeigneten Zeitpunkt zu dem durch das Bauelement während des Abschaltvorganges fließenden Strom beitragen zu können und somit eine zu schnelle zeitliche Abnahme des Stroms und damit den sogenannten Abriss zu vermeiden.Essential In these devices, the stop zone is at a distance from the interface is arranged so that between the stop zone and the interface Part of the second area is present, the type of line this second area and one relative to the stop zone and to the first region has lower doping concentration. In this doped subregion can while the shutdown stored free charge carriers over a period of time at the appropriate time to that through the device while the shutdown process flowing current to be able to contribute and thus too fast a time decrease of the current and thus to avoid the so-called demolition.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauelements sind der Leitungstyp des zweiten Bereichs und der Leitungstyp des ersten Bereichs zueinander entgegengesetzt und das Bauelement ist ein Leistungs-IGBT". Der erste Bereich definiert hierbei einen Kollektor und der die Stoppzone und den Teilbereich mit der relativ zur Stoppzone und dem Kollektor niedrigeren Dotierungskonzentration aufweisende zweite Bereich definiert eine Basis des IGBT.at an embodiment of the device according to the invention are the line type of the second area and the line type of the first area opposite to each other and the device is a performance IGBT ". The first area defines a collector and the Stop zone and the subarea with the relative to the stop zone and the Collector lower doping concentration having second Area defines a base of the IGBT.

Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauelements sind der Leitungstyp des zweiten Bereichs und der Leitungstyp des ersten Bereichs Dotierungskonzentration zueinander gleich und das Bauelement ist eine Leistungsdiode. Der erste Bereich definiert hierbei einen Emitter und der die Stoppzone und den Teilbereich mit der relativ zur Stoppzone und dem Emitter niedrigeren Dotierungskonzentration aufweisende zweite Bereich definiert eine Driftzone der Diode. Insbesondere bei Leistungsdioden ist ein möglichst weiches Ab schaltverhalten wichtig, damit das Abreißen dieses Bauelements während des Abschaltvorgangs vermieden wird.In another embodiment of the device according to the invention, the conductivity type of the second region and the conductivity type of the first region doping concentration are equal to each other and the device is a power diode. The first region defines an emitter and the second region having the stop zone and the subregion with the doping concentration that is lower relative to the stop zone and the emitter defines a drift zone of the diode. Especially with Leis Diodes is as soft as possible from switching behavior, so that the tearing of this device during the shutdown is avoided.

Bevorzugter- und vorteilhafterweise ist die höhere Dotierungskonzentration der Stoppzone höchstens gleich derjenigen des ersten Bereichs, obgleich die Dotierungskonzentration der Stoppzone auch höher als die Dotierungskonzentration des ersten Bereichs sein kann.Bevorzugter- and, advantageously, the higher one Doping concentration of the stop zone at most equal to that of first range, although the doping concentration of the stop zone as well higher than may be the doping concentration of the first region.

Der Abstand der Stoppzone von der Grenzfläche zwischen dem Bereich niederigerer Dotierungskonzentration und dem Bereich höherer Dotierungskonzentration beträgt bei dem IGBT 10 μm bis 30 μm und kann bei der Diode zwischen 10 μm und 30 μm betragen.Of the Distance of the stop zone from the interface between the region of lower Doping concentration and the region of higher doping concentration is 10 μm for the IGBT up to 30 μm and may be between 10 microns and 30 microns in the diode.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Bauelements ist darin zu sehen, dass im Halbleiterkörper des Bauelements der Verlauf eines elektrischen Feldes in Richtung senkrecht zur Grenzfläche zwischen dem zweiten Bereich und dem ersten Bereich in gewissen Grenzen unabhängig von der Einstellung eines Wirkungsgrades des ersten Bereiches eingestellt werden kann, wodurch eine ausreichende Kurzschlussfestigkeit dieses Bauelements leichter realisiert werden kann. Dies z. B. insbesondere bei einem IGBT mit p-dotiertem anodenseitigen Emitter bzw. Kollektor. Der Grund dafür ist, dass jetzt vorteilhafterweise der dynamische Emitter- bzw. Kollektorwirkungsgrad und der statische Emitter- bzw. Kollektorwirkungsgrad entkoppelt sind und unabhängig voneinander eingestellt werden können.One particular advantage of the device according to the invention is to see that in the semiconductor body of the component of the course of an electric field in the direction perpendicular to the interface between within certain limits independent of the second range and the first range the setting of an efficiency of the first range set which allows sufficient short circuit strength of this Component can be easily realized. This z. In particular in an IGBT with p-doped anode-side emitter or collector. The reason for this is that now advantageously the dynamic emitter or Collector efficiency and the static emitter or collector efficiency are decoupled and independent of each other can be adjusted.

Der Halbleiterkörper mit unterschiedlich dotiertem Halbleitermaterial eines erfindungsgemäßen Bauelements lässt sich z. B. durch Epitaxieprozesse realisieren, bei denen das Dotierungsprofil des Körpers zwischen Oberflächenabschnitten dieses Körpers über eine zeitliche Variation der angebotenen Dotierstoffmenge eingestellt wird. Ebenso kann das Dotierungsprofil durch die Anwendung von Hochenergie-Ionenimplantation realisiert werden.Of the Semiconductor body with differently doped semiconductor material of a component according to the invention let yourself z. B. realize by epitaxial processes in which the doping profile of the body between surface sections of this body over one temporal variation of the offered Dotierstoffmenge set becomes. Likewise, the doping profile can be realized through the use of high energy ion implantation become.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das sogenannte Waferbondingverfahren (siehe z. B. Q-Y. Tong, Proceedings of the ECS Conference 1999, Vol. 99-2) anzuwenden, und zwar in der Art, dass z. B. der höher dotierte Bereich des Körpers in einer höher bis hoch dotierten Scheibe aus Halbleitermaterial erzeugt wird, für den niedriger dotierten Bereich eine niedriger bis niedrig dotierte Scheibe aus Halbleitermaterial verwendet wird, in der in einem oberflächennahen Bereich dieser Scheibe die Stoppzone und der Teilbereich und ggf. ein sonstiger höher dotierter Bereich des Körpers erzeugt werden, und dass die beiden Scheiben zum Körper aus unterschiedlich dotiertem Halbleitermaterial miteinander verbunden werden.A another possibility consists of the so-called wafer bonding method (see eg Q-Y. Tong, Proceedings of the ECS Conference 1999, Vol. 99-2), in the way that z. B. the higher-doped region of the body in one higher until a highly doped slice of semiconductor material is produced, for the lower doped area a lower to lower doped area Slice of semiconductor material is used, in which in a near-surface Area of this disk the stop zone and the sub-area and, if necessary, another higher doped area of the body be generated, and that the two discs to the body differently doped semiconductor material interconnected become.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The The invention will become apparent in the following description with reference to the drawings example closer explained. Show it:

1 einen Querschnitt durch einen Leistungs-IGBT in Richtung senkrecht zur Grenzfläche zwischen den Bereichen höherer und niedrigerer Dotierungskonzentration, 1 a cross section through a power IGBT in the direction perpendicular to the interface between the regions of higher and lower doping concentration,

2 einen Querschnitt durch eine Leistungsdiode in Richtung senkrecht zur Grenzfläche zwischen den Bereichen höherer und niedrigerer Dotierungskonzentration. 2 a cross section through a power diode in the direction perpendicular to the interface between the regions of higher and lower doping concentration.

Die Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.The Figures are schematic and not to scale.

Der Leistungs-IGBT 1 nach 1 weist einen Körper 10 aus unterschiedlich dotiertem Halbleitermaterial, beispielsweise Silizium, auf, der zwei voneinander abgekehrte Oberflächenab schnitte 11 und 12 aufweist, von denen der Oberflächenabschnitt 11 ein kathodenseitiger Oberflächenabschnitt des Körpers 10 ist, auf den eine diesen Oberflächenabschnitt 11 nur teilweise bedeckende Schicht 13 aus elektrisch isolierendem Material aufgebracht ist, und der Oberflächenabschnitt 12 ein anodenseitiger Oberflächenabschnitt des Körpers 10 ist.The performance IGBT 1 to 1 has a body 10 made of differently doped semiconductor material, for example silicon, on, the two facing away from Oberflächenab sections 11 and 12 having, of which the surface portion 11 a cathode-side surface portion of the body 10 is, on the one this surface section 11 only partially covering layer 13 is applied from electrically insulating material, and the surface portion 12 an anode-side surface portion of the body 10 is.

Auf den links der Schicht 13 freiliegenden Teil 110 des kathodenseitigen Oberflächenabschnitts 11 des Körpers 10 ist eine nicht dargestellte kathodenseitige Emitterelektrode des IGBT 1 aufgebracht, auf der elektrisch isolierenden Schicht 13 ist eine nicht dargestellte und vom Halbleitermaterial des Körper 10 elektrisch isolierte Gate-Elektrode des IGBT 1 angeordnet, und auf den anodenseitigen Oberflächenabschnitt 12 ist eine nicht dargestellte anodenseitige Kollektorelektrode des IGBT 1 aufgebracht.On the left of the layer 13 exposed part 110 the cathode-side surface portion 11 of the body 10 is a not shown cathode-side emitter electrode of the IGBT 1 applied, on the electrically insulating layer 13 is a not shown and the semiconductor material of the body 10 electrically insulated gate electrode of the IGBT 1 arranged, and on the anode-side surface portion 12 is an unillustrated anode-side collector electrode of the IGBT 1 applied.

An den freiliegenden Teil 110 des kathodenseitigen Oberflächenabschnitts 11 grenzt ein von der kathodenseitige Emitterelektrode des IGBT 1 kontaktierter n-dotierter Bereich 14 einer relativ höheren Dotierungskonzentration n, n+ oder n++ des Körpers 10, der einen Emitter des IGBT 1 definiert.On the exposed part 110 the cathode-side surface portion 11 is adjacent to the cathode-side emitter electrode of the IGBT 1 contacted n-doped region 14 a relatively higher doping concentration n, n + or n ++ of the body 10 who is an emitter of the IGBT 1 Are defined.

Der Bereich 14 ist von einem p-dotiertem Bereich 15 einer relativ höheren Dotierungskonzentration p, p+ oder p++ des Körpers 10 umgeben, welcher Bereich 15 außerhalb des n-dotierten Bereichs 14 an den kathoden- oder emitterseitigen Oberflächenabschnitt 11 grenzt.The area 14 is of a p-doped region 15 a relatively higher doping concentration p, p + or p ++ of the body 10 surrounded, which area 15 outside the n-doped region 14 to the cathode or emitter side surface portion 11 borders.

An den p-dotiertem Bereich 15 grenzt ein unter der elektrisch isolierenden Schicht 13 an den kathodenseitigen Oberflächenabschnitt 11 grenzender n-dotierter Bereich 16' einer relativ niedrigeren Dotierungskonzentration n oder n– des Körpers 10.To the p-doped region 15 adjoins below the electrically insulating layer 13 at the cathode-side surface portion 11 bordering n-doped region 16 ' a relatively lower doping concentration n or n - of the body 10 ,

An den n-dotierten Bereich 16' grenzt auf der vom kathodenseitigen Oberflächenabschnitt 11 abgekehrten und dem anoden seitigen Oberflächenabschnitt 12 zugekehrten Seite des Bereichs 16' eine Stoppzone 16'' an, die eine höhere Dotierungskonzentration n wie der n-dotierte Bereich 16' aufweist.To the n-doped region 16 ' Adjacent to the cathode-side surface portion 11 Abgewandten and the anode-side surface portion 12 facing side of the area 16 ' a stop zone 16 '' which has a higher doping concentration n than the n-doped region 16 ' having.

Auf der vom kathodenseitigen Oberflächenabschnitt 11 abgekehrten und dem anodenseitigen Oberflächenabschnitt 12 zugekehrten Seite der n-dotierten Stoppzone 16'' grenzt an die Stoppzone 16" ein ebenfalls n-dotierter Bereich 16''' einer relativ niedrigeren Dotierungskonzentration n oder n–.On the cathode-side surface section 11 turned away and the anode-side surface portion 12 facing side of the n-doped stop zone 16 '' adjoins the stop zone 16 " also an n-doped area 16 ''' a relatively lower doping concentration n or n - .

An den n-dotierten Bereich 16''' grenzt auf der vom kathodenseitigen Oberflächenabschnitt 11 abgekehrten und dem anodenseitigen Oberflächenabschnitt 12 zugekehrten Seite des Bereichs 16''' ein zugleich an den anodenseitigen Oberflächenabschnitt 12 grenzender und von der nicht dargestellten anodenseitigen Kollektorelektrode des IGBT 1 kontaktierter und einen Kollektor des IGBT 1 bildender p-dotierter Bereich 17 relativ höherer Dotierungskonzentration p, p+ oder p++ des Körpers 10.To the n-doped region 16 ''' Adjacent to the cathode-side surface portion 11 turned away and the anode-side surface portion 12 facing side of the area 16 ''' a at the same time to the anode-side surface portion 12 adjacent and from the anode-side collector electrode of the IGBT, not shown 1 contacted and a collector of the IGBT 1 forming p-doped region 17 relatively higher doping concentration p, p + or p ++ of the body 10 ,

Der Bereich 16', die Stoppzone 16'' und der Bereich 16''' definieren gemeinsam einen dotierten Bereich 16 mit einer relativ zu der Dotierungskonzentration des Bereichs 17 niedrigeren Dotierungskonzentration des IGBT 1. Dieser Bereich 16 bildet eine über die nicht dargestellte Gate-Elektrode auf der elektrisch isolierenden Schicht 13 gesteuerte Basis des IGBT 1.The area 16 ' , the stop zone 16 '' and the area 16 ''' together define a doped area 16 with a relative to the doping concentration of the region 17 lower doping concentration of the IGBT 1 , This area 16 forms a gate electrode, not shown, on the electrically insulating layer 13 controlled basis of the IGBT 1 ,

Der Bereich 16''' ist ein Teilbereich des Bereichs 16 niedrigerer Dotierungskonzentration n oder n– des IGBT 1 und bildet zusammen mit dem Bereich 17 höherer Dotierungskonzentration p, p+ oder p++ die Grenzfläche 167 zwischen dem Bereich 16 niedrigerer Dotierungskonzentration n oder n– und dem Bereich 17 höherer Dotierungskonzentration p, p+ oder p++. The area 16 ''' is a subarea of the area 16 lower doping concentration n or n - of the IGBT 1 and make up together with the area 17 higher doping concentration p, p + or p ++ the interface 167 between the area 16 lower doping concentration n or n - and the range 17 higher doping concentration p, p + or p ++ .

Der Teilbereich 16''', der den Leitungstyp n des Bereichs 16 niedrigerer Dotierungskonzentration n oder n– aufweist, hat eine relativ zur Stoppzone 16'' dieses Bereichs 16 und zu dem Bereich 17 höherer Dotierungskonzentration p, p+ oder p++ niedrigere Dotierungskonzentration n, n–.The subarea 16 ''' , which is the line type n of the area 16 lower doping concentration n or n - has one relative to the stop zone 16 '' this area 16 and to the area 17 higher doping concentration p, p + or p ++ lower doping concentration n, n - .

Aufgrund des Teilbereichs 16''' ist erfindungsgemäß die Stoppzone 16'' des Bereichs 16 niedrigerer Dotierungskonzentration n oder n– in einem Abstand d von der Grenzfläche 167 angeordnet.Due to the subarea 16 ''' is the stop zone according to the invention 16 '' of the area 16 lower doping concentration n or n - at a distance d from the interface 167 arranged.

Der elektrische Strom I fließt in einer der Richtungen des zur Grenzfläche 167 senkrechten Doppelpfeiles 168 durch den Körper 10 des IGBT 1.The electric current I flows in one of the directions of the interface 167 vertical double arrow 168 through the body 10 of the IGBT 1 ,

Die beispielhafte Leistungsdiode 3 nach 2 weist einen Körper 30 aus unterschiedlich dotiertem Halbleitermaterial, beispielsweise Silizium, auf, der zwei voneinander abgekehrte Oberflächenabschnitte 31 und 32 aufweist. Sowohl auf den Oberflächenabschnitt 31 als auch den Oberflächenabschnitte 32 ist je eine nicht dargestellte Anschlusselektrode der Diode 3 aufgebracht.The exemplary power diode 3 to 2 has a body 30 made of differently doped semiconductor material, for example silicon, on, the two facing away from each other surface sections 31 and 32 having. Both on the surface section 31 as well as the surface sections 32 is ever a non-illustrated terminal electrode of the diode 3 applied.

An den unter der nicht dargestellten Anschlusselektrode der Diode 3 befindlichen Oberflächenabschnitt 32 grenzt ein von dieser Anschlusselektrode kontaktierter p-dotierter Bereich 35 einer relativ höheren Dotierungskonzentration p, p+ oder p++ des Körpers 30. Dieser Bereich 35 definiert einen p-dotierten Emitter der Diode 3.At the below the connection electrode of the diode, not shown 3 located surface section 32 a p-type region contacted by this connection electrode is adjacent 35 a relatively higher doping concentration p, p + or p ++ of the body 30 , This area 35 defines a p-doped emitter of the diode 3 ,

Auf der vom Oberflächenabschnitt 32 abgekehrten und dem Oberflächenabschnitt 31 zugekehrten Seite des p-dotiertem Bereichs 35 grenzt ein n-dotierter Bereich 36' einer relativ niedrigeren Dotierungskonzentration n oder n des Körpers 30.On the surface section 32 turned away and the surface section 31 facing side of the p-doped region 35 borders an n-doped area 36 ' a relatively lower doping concentration n or n of the body 30 ,

An den n-dotierten Bereich 36' grenzt auf der vom Oberflächenabschnitt 32 abgekehrten und dem Oberflächenabschnitt 3 zugekehrten Seite des n-dotierten Bereichs 36' eine Stoppzone 36'' des Körpers 30, die eine relativ höhere Dotierungskonzentration n, n+ oder n+ aufweist.To the n-doped region 36 ' borders on that of the surface section 32 turned away and the surface section 3 facing side of the n-doped region 36 ' a stop zone 36 '' of the body 30 having a relatively higher doping concentration n, n + or n + .

Auf der vom Oberflächenabschnitt 32 abgekehrten und dem Oberflächenabschnitt 31 zugekehrten Seite der n-dotierten Stoppzone 36'' grenzt an die Stoppzone 36'' ein n-dotierter Bereich 36''' des Körpers 30, welcher Bereich 36''' eine relativ niedrigere Dotierungskonzentration n oder n– aufweist.On the surface section 32 turned away and the surface section 31 facing side of the n-doped stop zone 36 '' adjoins the stop zone 36 '' an n-doped region 36 ''' of the body 30 which area 36 ''' a relatively lower doping concentration n or n - has.

An den n-dotierten Bereich 36''' grenzt auf der vom Oberflächenabschnitt 32 abgekehrten und dem Oberflächenabschnitt 31 zugekehrten Seite des Bereichs 36''' ein zugleich an den Oberflächenabschnitt 31 grenzender und von der nicht dargestellten Anschlusselektrode auf diesem Oberflächenbereich 31 kontaktierter n-dotierter Bereich 37 einer relativ höheren Dotierungskonzentration n, n+ oder n++ des Körpers 30. Dieser Bereich 37 definiert einen n-dotierten Emitter der Diode 3.To the n-doped region 36 ''' borders on that of the surface section 32 turned away and the surface section 31 facing side of the area 36 ''' one at the same time to the surface section 31 bordering and of the unillustrated terminal electrode on this surface area 31 contacted n-doped region 37 a relatively higher doping concentration n, n + or n ++ of the body 30 , This area 37 defines an n-doped emitter of the diode 3 ,

Der Bereich 36', die Stoppzone 36'' und der Bereich 36''' definieren gemeinsam einen dotierten Bereich 36 relativ niedrigerer Dotierungskonzentration n oder n– der Diode 3, welcher Bereich 36 eine Driftzone der Diode 3 bildet.The area 36 ' , the stop zone 36 '' and the area 36 ''' together define a doped area 36 relatively lower doping concentration n or n - the diode 3 which area 36 a drift zone of the diode 3 forms.

Der Bereich 36''' ist der erfindungsgemäße Teilbereich des Bereichs 36 niedrigerer Dotierungskonzentration n oder n– der Diode 3 und bildet zusammen mit dem Bereich 37 höherer Dotierungskonzentration n, n+ oder n++ die Grenzfläche 367 zwischen dem Bereich 36 niedrigerer Dotierungskonzentration n oder n– und dem Bereich 37 höherer Dotierungskonzentration n, n+ oder n++.The area 36 ''' is the partial area of the area according to the invention 36 lower doping concentration n or n - the diode 3 and make up together with the area 37 higher doping concentrations n, n + or n ++ the interface 367 between the area 36 lower doping concentration n or n - and the range 37 higher doping concentration n, n + or n ++ .

Der Teilbereich 36''', der den Leitungstyp n des Bereichs 36 niedrigerer Dotierungskonzentration n oder n– aufweist, hat eine relativ zur Stoppzone 36'' dieses Bereichs 36 und zu dem Bereich 37 höherer Dotierungskonzentration n, n+ oder n++ niedrigere Dotierungskonzentration n, n–.The subarea 36 ''' , which is the line type n of the area 36 lower doping concentration n or n - has one relative to the stop zone 36 '' this area 36 and to the area 37 higher doping concentration n, n + or n ++ lower doping concentration n, n - .

Aufgrund des Teilbereichs 36''' ist erfindungsgemäß die Stoppzone 36'' des Bereichs 36 niedrigerer Dotierungskonzentration n oder n– in einem Abstand d von der Grenzfläche 367 angeordnet.Due to the subarea 36 ''' is the stop zone according to the invention 36 '' of the area 36 lower doping concentration n or n - at a distance d from the interface 367 arranged.

Der elektrische Strom I fließt in einer der Richtungen des zur Grenzfläche 367 senkrechten Doppelpfeiles 368 durch den Körper 10 der Diode 3.The electric current I flows in one of the directions of the interface 367 vertical double arrow 368 through the body 10 the diode 3 ,

Die Dicke d des Teilbereichs 16''' oder 36''' muss in jedem Fall ausreichend groß gewählt werden, damit ein ausreichender Beitrag zu dem durch das jeweilige Bauelement 1 bzw. 3 während des Abschaltvorgangs fließenden elektrischen Strom I gewährleistet ist. Andererseits sollte dieser Teilbereich 16''' bzw. 36''' aber auch nicht zu dick sein, da ansonsten die im Durchlasszustand des jeweiligen Bauelements 1 bzw. 3 abfallende Spannung zu groß werden würde. Als typische Dicke d für den Teilbereich 16''' bzw. 36''' kommen z. B. 10–30 μm in Frage.The thickness d of the subarea 16 ''' or 36 ''' must be chosen sufficiently large in each case, so that a sufficient contribution to that by the respective component 1 respectively. 3 is ensured during the shutdown flowing electric current I. On the other hand, this subarea should 16 ''' respectively. 36 ''' but also not too thick, otherwise in the on state of each component 1 respectively. 3 falling voltage would become too big. As typical thickness d for the partial area 16 ''' respectively. 36 ''' come z. B. 10-30 microns in question.

Der Körper 10 oder 30 lässt sich jeweils z. B. durch Epitaxieprozesse auf einkristallinen Siliziumscheiben realisieren, bei denen das anodenseitige, die Stoppzone enthaltende Dotierungsprofil des Körpers 10 bzw. 30 zwischen dessen Oberflächenabschnitten 11 und 12 bzw. 32 und 31 über eine zeitliche Variation der angebotenen Dotierstoffmenge eingestellt werden. Ebenso kann ein derartiges anodenseitiges Dotierungsprofil durch die Anwendung von Hochenergie-Ionenimplantation (von z. B. Phosphor oder Selen) realisiert werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Waferbondingverfahren anzuwenden, und zwar in der Art, dass z. B. die Stoppzone 16'' bzw. 36'' und der Teilbereich 16''' bzw. 36''' im oberflächennahen Bereich einer von zwei Scheiben aus Halbleitermaterial erzeugt werden, und der Bereich 17 bzw. 37 höherer Dotierungskonzentration in der anderen, höher dotierten Scheibe erzeugt wird, die mit der einen Scheibe zu verbinden ist.The body 10 or 30 can be z. B. realize by epitaxial growth on single-crystal silicon wafers, in which the anode-side, the stop zone containing doping profile of the body 10 respectively. 30 between its surface sections 11 and 12 respectively. 32 and 31 be set over a temporal variation of the offered Dotierstoffmenge. Likewise, such an anode-side doping profile can be realized by the application of high-energy ion implantation (of, for example, phosphorus or selenium). Another possibility is to use the wafer bonding method, in such a way that z. B. the stop zone 16 '' respectively. 36 '' and the subarea 16 ''' respectively. 36 ''' in the near-surface region, one of two slices of semiconductor material is produced, and the region 17 respectively. 37 higher doping concentration is generated in the other, more highly doped disc, which is to be connected to the one disc.

Claims (5)

Leistungs-IGBT (1) mit einem Halbleiterkörper (10), der aufweist: – einen p-dotierten Bereich (17), – einen n-dotierten Bereich (16) mit einem ersten Teilbereich (16'), einem zweiten Teilbereich (16''), der eine Stoppzone bildet, und mit einem dritten Teilbereich (16'''), wobei der erste Teilbereich (16') an den zweiten Teilbereich (16'') und der zweite Teilbereich (16'') an den dritten Teilbereich (16''') grenzt, wobei – der dritte Teilbereich (16''') an den p-dotierten Bereich (17) grenzt und mit diesem eine Grenzfläche (167) bildet, der erste und der dritte Teilbereich (16', 16''') niedriger dotiert sind als der p-dotierte Bereich (17) und die Stoppzone parallel zu der Grenzfläche (167) verläuft und eine höhere Dotierungskonzentration als der erste und dritte Teilbereich (16', 16''') aufweist, wobei – ein Abstand (d) zwischen der Stoppzone (16'') und der Grenzfläche (167) zwischen 10 μm und 30 μm beträgt, wobei – in einem Durchlassbetrieb des Bauelements der p-dotierte Bereich (17) und der n-dotierte Bereich (16) einschließlich des dritten Teilbereichs (16''') und der Stoppzone (16'') von einem elektrischen Strom (I) senkrecht zu der Grenzfläche (167) durchflossen sind, und – wobei in dem dritten Teilbereich (16''') während eines Abschaltvorgangs freie Ladungsträger gespeichert werden, die zu dem durch den IGBT während des Abschaltvorgangs fließenden Strom beitragen.Power IGBT ( 1 ) with a semiconductor body ( 10 ), comprising: a p-doped region ( 17 ), - an n-doped region ( 16 ) with a first subregion ( 16 ' ), a second subarea ( 16 '' ), which forms a stop zone, and with a third subregion ( 16 ''' ), where the first subarea ( 16 ' ) to the second subsection ( 16 '' ) and the second subarea ( 16 '' ) to the third subarea ( 16 ''' ), where - the third subarea ( 16 ''' ) to the p-doped region ( 17 ) borders and with this an interface ( 167 ), the first and third subareas ( 16 ' . 16 ''' ) are doped lower than the p-doped region ( 17 ) and the stop zone parallel to the interface ( 167 ) and a higher doping concentration than the first and third subregions ( 16 ' . 16 ''' ), wherein - a distance (d) between the stop zone ( 16 '' ) and the interface ( 167 ) is between 10 .mu.m and 30 .mu.m, wherein - in a pass-mode operation of the component the p-doped region ( 17 ) and the n-doped region ( 16 ) including the third subdivision ( 16 ''' ) and the stop zone ( 16 '' ) of an electric current (I) perpendicular to the interface ( 167 ) are passed through, and - wherein in the third section ( 16 ''' ) during a turn-off operation, free carriers are stored which contribute to the current flowing through the IGBT during the turn-off operation. Leistungs-IGBT nach Anspruch 1, bei dem die Dotierungskonzentration der Stoppzone (16'') höchstens gleich der Dotierungskonzentration des p-dotierten Bereichs (17) ist.A power IGBT according to claim 1, wherein the doping concentration of the stop zone ( 16 '' ) at most equal to the doping concentration of the p-doped region ( 17 ). Leistungsdiode (3) mit einem Halbleiterkörper (30), der aufweist: – einen ersten Bereich (37) eines ersten Leitungstyps, – einen zweiten Bereich (36) des ersten Leitungstyps mit einem ersten Teilbereich (36'), einem zweiten Teilbereich (36''), der eine Stoppzone bildet, und mit einem dritten Teilbereich (36'''), wobei der erste Teilbereich (36') an den zweiten Teilbereich (36'') und der zweite Teilbereich (36'') an den dritten Teilbereich (36''') grenzt, wobei – der dritte Teilbereich (36'') an den ersten Bereich (37) grenzt und mit diesem eine Grenzfläche (367) bildet, der erste und der dritte Teilbereich (36', 36''') niedriger dotiert sind als der erste Bereich (37) und die Stoppzone parallel zu der Grenzfläche (367) verläuft und eine höhere Dotierungskonzentration als der erste und dritte Teilbereich (36', 36''') aufweist, wobei – in einem Durchlassbetrieb des Bauelements der erste Bereich (37) und zweite Bereich (36) einschließlich des dritten Teilbereichs (36''') und der Stoppzone (36'') von einem elektrischen Strom (I) senkrecht zu der Grenzfläche (367) durchflossen sind, und – wobei in dem dritten Teilbereich (36''') während eines Abschaltvorgangs freie Ladungsträger gespeichert werden, die zu dem durch die Leistungsdiode während des Abschaltvorgangs fließenden Strom beitragen.Power diode ( 3 ) with a semiconductor body ( 30 ), comprising: - a first area ( 37 ) of a first conductivity type, - a second region ( 36 ) of the first conductivity type with a first subregion ( 36 ' ), a second subarea ( 36 '' ), which forms a stop zone, and with a third subregion ( 36 ''' ), where the first subarea ( 36 ' ) to the second subsection ( 36 '' ) and the second subarea ( 36 '' ) to the third subarea ( 36 ''' ), where - the third subarea ( 36 '' ) to the first area ( 37 ) borders and with this an interface ( 367 ), the first and third subareas ( 36 ' . 36 ''' ) are doped lower than the first region ( 37 ) and the stop zone parallel to the interface ( 367 ) and a higher doping concentration than the first and third subregions ( 36 ' . 36 ''' ), wherein - in a forward operation of the device, the first region ( 37 ) and second area ( 36 ) including the third subdivision ( 36 ''' ) and the stop zone ( 36 '' ) of an electric current (I) perpendicular to the interface ( 367 ) are passed through, and - wherein in the third section ( 36 ''' ) during a turn-off operation, free carriers are stored which are related to the current flowing through the power diode during the turn-off operation contribute. Leistungsdiode nach Anspruch 3, bei der die Dotierungskonzentration der Stoppzone (36'') höchstens gleich der Dotierungskonzentration des ersten Bereichs (37) ist.Power diode according to Claim 3, in which the doping concentration of the stop zone ( 36 '' ) at most equal to the doping concentration of the first region ( 37 ). Leistungsdiode nach Anspruch 3 oder 4 bei der ein Abstand (d) zwischen der Stoppzone (36'') und der Grenzfläche (367) zwischen 10 μm und 30 μm beträgt.Power diode according to claim 3 or 4, wherein a distance (d) between the stop zone ( 36 '' ) and the interface ( 367 ) is between 10 μm and 30 μm.
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