DE10057611C2 - Laterales Halbleiterbauelement - Google Patents
Laterales HalbleiterbauelementInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement
gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, wie beispiels
weise aus der Druckschrift JP 08340101 A bekannt.
Ein derartiges Halbleiterbauelement ist beispielsweise ein
nach dem Stand der Technik bekannter IGBT (Insulated Gate Bi
polar Transistor), wie er in Fig. 1 in seitlicher Ansicht im
Querschnitt dargestellt ist. Dieser IGBT weist einen Halblei
terkörper 11 eines ersten Leitungstyps - in dem Beispiel des
n-Leitungstyps - auf, in dem eine erste n-dotierte Source-
Zone 20 ausgebildet, ist die von einer p-dotierten Kanalzone
40 umgeben ist. Die Source-Zone 20 ist mittels einer Source-
Elektrode S kontaktierbar. Isoliert gegenüber dem Halbleiter
körper 11 ist oberhalb der Kanalzone 40 eine Gate-Elektrode
vorgesehen, wobei zur Isolation eine Isolationsschicht zwi
schen der Gate-Elektrode und dem Halbleiterkörper 11 ausge
bildet ist. In lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 11
beabstandet zu der Source-Zone 20, bzw. der Kanalzone 40, ist
eine p-dotierte Drain-Zone 130 in den Halbleiterkörper einge
bracht, die mittels einer Drain-Elektrode 132 kontaktiert
ist.
Bei Anlegen einer positiven Ansteuerspannung zwischen der Ga
te-Elektrode 150 und der Source-Elektrode 122 bildet sich in
der Kanalzone 140 unterhalb der Gate-Elektrode 150 ein lei
tender Kanal zwischen der Source-Zone 20 und einer zwischen
der Kanalzone 140 und der Drain-Zone 130 in dem Halbleiter
körper 11 gebildeten n-dotierten Driftzone aus. Bei Anlegen
einer positiven Spannung zwischen der Drain-Elektrode 132 und
der Source-Elektrode 122 werden dabei zum einen Elektronen
als Majoritätsladungsträger in die Driftzone injiziert und
bewegen sich in Richtung der Drain-Zone. Zum anderen werden
von der Drain-Zone Löcher als Minoritätsladungsträger in die
Driftzone injiziert und bewegen sich in Richtung der Source-
Zone 20.
Eine Integration weiterer Bauelemente in dem Halbleiterkör
per, beispielsweise einer Ansteuerschaltung des IGBT in CMOS-
Technologie, ist bei dem bekannten Bauelement bislang nicht
möglich, da die in die Driftzone injizierten Löcher sich in
dem Halbleiterkörper weiter ausbreiten und damit die Funktion
der anderen Bauelemente beeinträchtigen würden.
Aus der JP 08340101 A ist ein lateraler IGBT bekannt, bei dem
unterhalb der Driftzone eine mit Protonen bestrahlte Schicht
vorhanden ist, die als "Lebensdauerkiller" für Minoritätsla
dungsträger in der Driftzone dient.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbau
element, insbesondere einen IGBT in lateraler Bauweise zur
Verfügung zu stellen, bei dem eine Integration weiterer Bau
elemente in dem Halbleiterkörper möglich ist, ohne dass deren
Funktion beeinträchtigt ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Halbleiterbauelement gemäß den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltun
gen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement weist eine in einem
Halbleiterkörper ausgebildete erste Anschlusszone eines ers
ten Leitungstyps und eine zweite Anschlusszone eines zweiten
Leitungsytps auf, die in lateraler Richtung des Halbleiter
körpers beabstandet zu der ersten Anschlusszone in dem Halb
leiterkörpers ausgebildet ist. Im Anschluss an die zweite An
schlusszone ist eine Driftzone des ersten Leitungstyps ausge
bildet, wobei zwischen der Driftzone und der ersten An
schlusszone eine Kanalzone des zweiten Leitungstyps ausgebil
det ist, und wobei eine isoliert gegenüber dem Halbleiterkör
per benachbart zu der Kanalzone ausgebildete Steuerelektrode
zur Steuerung eines leitenden Kanals in der Kanalzone vorgesehen
ist. In vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers
beabstandet zu der Driftzone ist bei dem erfindungsgemäßen
Halbleiterbauelement des weiteren eine Rekombinationszone im
Bereich einer Rückseite des Halbleiterkörpers ausgebildet.
An der Rekombinationszone, die beispielsweise aus einem Me
tall oder einem Silizid besteht, können Ladungsträger des
zweiten Leitungstyps (üblicherweise Löcher), die sich unter
halb der Driftzone fortbewegen, mit Ladungsträgern des ersten
Leitungstyps (üblicherweise Elektronen) rekombinieren. Die
Ausbreitung der Ladungsträger des zweiten Leitungstyps in dem
Halbleiterkörper zu anderen Bereichen als der ersten An
schlusszone kann dadurch verhindert oder zumindest weitgehend
reduziert werden. Dies ermöglicht die Integration weiterer
Halbleiterbauelemente in dem Halbleiterkörper, wobei deren
Funktion nicht durch Ladungsträger des zweiten Leitungstyps
aus der zweiten Anschlusszone gestört wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Rekombinationszone sich über die gesamte Rückseite
des Halbleiterkörpers erstreckt. Eine andere Ausführungsform
sieht vor, dass sich die Rekombinationszone nur über einen
Teil der Rückseite des Halbleiterkörpers erstreckt.
Gegenstand der Erfindung ist des weiteren eine Halbleiteran
ordnung mit einem Halbleiterbauelement der beschriebenen Art,
das eine Rekombinationszone im Bereich einer Rückseite des
Halbleiterkörpers aufweist, wobei in dem Halbleiterkörper
weitere Halbleiterbauelemente, beispielsweise CMOS-
Transistoren realisiert sind.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbei
spielen anhand von Figuren näher erläutert: In den Figuren
zeigt
Fig. 1: einen IGBT nach dem Stand der Technik,
Fig. 2: ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement gemäß
einer ersten Ausführungsform in Seitenansicht im
Querschnitt,
Fig. 3: ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement gemäß
einer zweiten Ausführungsform in Seitenansicht im
Querschnitt.
In den Figuren bezeichnen, gleiche Bezugszeichen gleiche Tei
le mit gleicher Bedeutung.
Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement und dessen Funktion
wird nachfolgend anhand eines IGBT erläutert. Halbleiterzonen
des ersten Leitungstyps sind im folgenden n-dotierte Zonen
und Halbleiterzonen des zweiten Leitungstyps sind im folgen
den p-dotierte Zonen.
Das in Fig. 2 dargestellte erfindungsgemäße Bauelement weist
eine erste n-dotierte Anschlusszone 20 als Source-Zone auf,
die im Bereich einer Vorderseite 11 eines n-dotierten Halb
leiterkörpers 1 in den Halbleiterkörper 1 eingebracht ist.
Die Source-Zone 20 ist in dem Ausführungsbeispiel wanneartig
ausgebildet und von einer ebenfalls wannenartig ausgebildeten
p-dotierten Kanalzone 40 umgeben. In lateraler Richtung des
Halbleiterkörpers 1 beabstandet zu der Source-Zone 20 ist ei
ne p-dotierte zweite Anschlusszone als Drain-Zone 30 im Be
reich der Vorderseite 11 in den Halbleiterkörper 1 einge
bracht. Die Source-Zone 20 ist mittels einer Source-Elektrode
22 an der Vorderseite 11 des Halbleiterkörpers 1 kontaktier
bar, wobei die Source-Elektrode 22 die Source-Zone 20 und die
Kanalzone 40 kurzschließt. Die Drain-Zone 30 ist an der Vor
derseite 11 des Halbleiterkörpers 1 mittels einer Drain-
Elektrode 22 kontaktierbar. Ein Bereich 10 des Halbleiterkör
pers 1 zwischen der Kanalzone 40 und der Drain-Zone 30 bildet
die sogenannte Drift-Zone (oder Drift-Strecke) des IGBT.
Auf der Vorderseite 11 des Halbleiterkörpers 1 ist des weite
ren eine Gate-Elektrode 50 ausgebildet, welche mittels einer
Isolationsschicht 52 gegenüber dem Halbleiterkörper 1 iso
liert ist. Die Gate-Elektrode 50 ist oberhalb der Kanalzone
40 angeordnet und erstreckt sich in lateraler Richtung des
Halbleiterkörpers 1 von der Source-Zone 20 bis an die Drift-
Zone 10.
Erfindungsgemäß ist bei dem in Fig. 2 dargestellten IGBT eine
Rekombinationszone 60 in vertikaler Richtung des Halbleiter
körpers 1 beabstandet zu der Drift-Zone 10 im Bereich einer
Rückseite 12 des Halbleiterkörpers 1 ausgebildet. Diese Re
kombinationszone 60 besteht beispielsweise aus einer Metall
schicht, welche auf die Rückseite des Halbleiterkörpers 1
aufgebracht ist. Bei Verwendung von Silizium als Halbleiter
material besteht die Möglichkeit, die Rekombinationszone 60
auch als Silizidschicht auszubilden, wobei bei anderen Halb
leitermaterialien das Silizid durch eine entsprechende Halb
leiterverbindung zu ersetzen ist. Des weiteren besteht die
Möglichkeit, die Rekombinationszone als nicht vollständig
rekristallisierte p/n-Zone auszubilden. Eine derartige Zone
kann durch Ionenimplantation eines p-Dotierstoffs in die
Rückseite des Halbleiterkörpers erfolgen, wobei im Anschluss
an die Ionenimplantation keine vollständige Rekristallisation
des Halbleitermaterials stattfindet.
Die Eigenschaft der Rekombinationszone 60 ist es, ausreichend
n-Ladungsträger zur Verfügung zu stellen, mit denen p-
Ladungsträger, die aus der Drain-Zone 30 in den unterhalb der
Drift-Zone 10 liegenden Bereich des Halbleiterkörpers 1 inji
ziert werden, rekombinieren können.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen IGBT wird nachfol
gend anhand des Ausführungsbeispiels in Fig. 2 erläutert. Bei
Anlegen einer positiven Spannung zwischen der Gate-Elektrode
50 und der Source-Elektrode 22 bildet sich ein leitender Ka
nal in der Kanalzone 40 unterhalb der Vorderseite 11 des
Halbleiterkörpers 1 zwischen der Source-Zone 20 und der
Drift-Zone 10 aus. Bei Anlegen einer positiven Spannung zwi
schen der Drain-Elektrode 32 und der Source-Elektrode 22
kommt es bei angesteuerter Gate-Elektrode zu einem Ladungs
trägeraustausch zwischen der Source-Zone und der Drain-Zone
30, das heißt Elektronen bewegen sich von der Source-Zone 20
durch die Kanalzone 40 und die Driftzone 10 zu der Drain-Zone
30 und Löcher, die von der Drain-Zone 30 in die Drift-Zone 10
injiziert werden, bewegen sich durch die Kanalzone 40 zu der
Source-Zone 20. Die Rekombinationszone 60 bewirkt, dass ein
Teil der Löcher, die aus der Drain-Zone 30 in die Drift-Zone
10 injiziert werden, sich in vertikaler Richtung des Halblei
terkörpers 1 zu der Rekombinationszone 60 bewegen und dort
mit Elektronen rekombinieren. Die Rekombinationszone 60
verhindert auf diese Weise, dass sich Löcher aus der Drain-
Zone 30 zu anderen Bereichen in dem Halbleiterkörper 1 als zu
der Source-Zone 20 ausbreiten. Dies ermöglicht die Integrati
on weiterer Halbleiterbauelemente in demselben Halbleiter
körper 1, wobei deren Funktion wegen der vorhandenen
Rekombinationszone 60 nicht durch Löcher gestört werden kann,
welches sich unkontrolliert in dem Halbleiterkörper 1
ausbreiten.
Die Wirkung der Rekombinationszone 60 kann auch auf Schal
tungsebene erläutert werden. Die p-dotierte Kanalzone 40, die
n-dotierte Drift-Zone 10 und die p-dotierte Drain-Zone 30
bilden nämlich einen parasitären PNP-Biopolartransistor in
dem IGBT. Die Basis des parasitären Bipolartransistors wird
dabei durch die n-dotierte Drift-Zone 10 gebildet. Die Rekom
binationszone 60, welche einen Teil der in die Basis 10 des
parasitären PNP-Bipolartransistors injizierten Löcher auf
nimmt, reduziert durch die Aufnahme dieser Ladungsträger die
Stromverstärkung dieses parasitären Bipolartransistors und
verhindert auf diese Weise, das unkontrolliert Löcher aus der
Drain-Zone 30 injiziert werden, welche sich in dem Halblei
terkörper ausbreiten würden. Die Wirkung der Rekombinations
zone 60 ist dabei um so größer, je geringer der Abstand zwi
schen der Rekombinationszone 60 und der Drift-Strecke 10 ist.
Zur Veranschaulichung weiterer Bauelemente, welche mit dem
erfindungsgemäßen IGBT in einem Halbleiterkörper 1 realisiert
werden können, zeigt Fig. 2 einen CMOS-Inverter, der einen n-
Kanal-Transistor und einen p-Kanal-Transistor aufweist. Der
n-Kanal-Transistor weist eine n-dotierte Source-Zone 210 und
eine n-dotierte Drain-Zone 211 mit einer dazwischen liegenden
p-dotierten Kanalzone 212 auf. Zur Ansteuerung dieses Tran
sistors ist eine Gate-Elektrode 214 auf der Vorderseite 11
des Halbleiterkörpers vorgesehen, welche mittels einer
Isolationsschicht 213 gegenüber den Halbleiterkörper 1
isoliert ist. Der p-Kanal-Transistor weist eine p-dotierte
Source-Zone 220, eine p-dotierte Drain-Zone 221 und eine auf
der Vorderseite 11 des Halbleiterkörpers 1 ausgebildete Gate-
Elektrode 224 auf, wobei die Gate-Elektrode 224 mittels einer
Isolationsschicht 223 gegenüber dem Halbleiterkörper 1
isoliert ist. In nicht näher dargestellter Weise sind die
beiden Gate-Elektroden 214, 224 an einem gemeinsamen
Steueranschluss angeschlossen und die Drain-Zone 211 die n-
Kanal-Transistors und die Source-Zone 220 des p-Kanal-
Transistor sind ebenfalls miteinander verbunden. An den
Source-Anschluss 210 des n-Kanal-Transistors kann ein erstes
Ansteuerpotential U1 und an die Drain-Zone 221 des p-Kanal-
Transistors kann ein zweites Ansteuerpotential U2 angelegt
werden. Um ein ordnungsgemäßes Funktionieren der
dargestellten Halbleiterschaltungsanordnung zu gewährleisten
sollte das zweite Ansteuerpotential U2 vorzugsweise größer
als das erste Ansteuerpotential U1 sein, außerdem sollte die
zwischen der Drain-Elektrode 32 und der Source-Elektrode 22
angelegte Spannung größer als die beiden Ansteuerpotentiale
sein. Selbstverständlich können neben dem dargestellten CMOS-
Inverter beliebige weitere Halbleiterbauelemente, wie zum
Beispiel Kapazitäten, Widerstände oder Dioden in dem
Halbleiterkörper 1 realisiert sein.
Zur Steigerung der Spannungsfestigkeit des dargestellten IGBT
können weiterhin Feldplatten oder andere geeignete Randab
schlüsse in bekannter Weise realisiert sein.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfin
dungsgemäßen als IGBT ausgebildeten Halbleiterbauelements,
welches sich von dem in Fig. 2 dargestellten dadurch unter
scheidet, dass die Rekombinationszone 60 sich nicht über die
gesamte Rückseite 12 des Halbleiterkörpers 1 erstreckt son
dern lediglich in einem Bereich der Rückseite des Halbleiter
körpers 12 unterhalb der Drift-Zone ausgebildet ist.
1
Halbleiterkörper
10
Drift-Zone
11
Vorderseite des Halbleiterkörpers
12
Rückseite des Halbleiterkörpers
20
Source-Zone
22
Source-Elektrode
30
Drain-Zone
32
Drain-Elektrode
40
Kanalzone
50
Gate-Elektrode
53
Isolationsschicht
60
Rekombinationszone
200
CMOS-Inverter
210
Source-Zone
211
Drain-Zone
212
Kanalzone
213
Isolationsschicht
214
Gate-Elektrode
220
Source-Zone
221
Drain-Zone
223
Isoaltionsschicht
224
Gate-Elektrode
n n-dotierte Zone
p p-dotierte Zone
n n-dotierte Zone
p p-dotierte Zone
Claims (5)
1. Halbleiterbauelement das folgende Merkmale aufweist:
eine erste in einem Halbleiterkörper (1) ausgebildete An schlusszone (20) eines ersten Leitungstyps (n),
eine zweite Anschlusszone (30) eines zweiten Leitungsytps (p), die in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers (1) beabstandet zu der ersten Anschlusszone (20) in dem ausgebil det ist,
eine im Anschluss an die zweite Anschlusszone (30) ausge bildete Driftzone (10) des ersten Leitungstyps (n),
eine zwischen der Driftzone (10) und der ersten Anschluss zone (20) ausgebildete Kanalzone (40) des zweiten Leitungs typs,
eine isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper (1) benachbart zu der Kanalzone (40) ausgebildete Steuerelektrode (50),
eine Rekombinationszone (60), die in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers (1) beanstandet zu der Driftzone (10) im Bereich einer Rückseite (12) des Halbleiterkörpers (1) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Rekombinationszone (60) eine auf die Rückseite (102) des Halbleiterkörpers (1) aufgebrachte Metallschicht ist.
eine erste in einem Halbleiterkörper (1) ausgebildete An schlusszone (20) eines ersten Leitungstyps (n),
eine zweite Anschlusszone (30) eines zweiten Leitungsytps (p), die in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers (1) beabstandet zu der ersten Anschlusszone (20) in dem ausgebil det ist,
eine im Anschluss an die zweite Anschlusszone (30) ausge bildete Driftzone (10) des ersten Leitungstyps (n),
eine zwischen der Driftzone (10) und der ersten Anschluss zone (20) ausgebildete Kanalzone (40) des zweiten Leitungs typs,
eine isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper (1) benachbart zu der Kanalzone (40) ausgebildete Steuerelektrode (50),
eine Rekombinationszone (60), die in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers (1) beanstandet zu der Driftzone (10) im Bereich einer Rückseite (12) des Halbleiterkörpers (1) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Rekombinationszone (60) eine auf die Rückseite (102) des Halbleiterkörpers (1) aufgebrachte Metallschicht ist.
2. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprü
che, bei dem die Rekombinationszone (60) sich über die gesam
te Rückseite (102) des Halbleiterkörpers erstreckt.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 bei dem die Rekombi
nationszone (60) sich über einen Teil der Rückseite (102) des
Halbleiterkörpers erstreckt.
4. Halbleiterbauelement das folgende Merkmale aufweist:
eine erste in einem Halbleiterkörper (1) ausgebildete An schlusszone (20) eines ersten Leitungstyps (n),
eine zweite Anschlusszone (30) eines zweiten Leitungsytps (p), die in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers (1) beabstandet zu der ersten Anschlusszone (20) in dem ausgebil det ist,
eine im Anschluss an die zweite Anschlusszone (30) ausge bildete Driftzone (10) des ersten Leitungstyps (n),
eine zwischen der Driftzone (10) und der ersten Anschluss zone (20) ausgebildete Kanalzone (40) des zweiten Leitungs typs,
eine isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper (1) benachbart 6d der Kanalzone (40) ausgebildete Steuerelektrode (50),
eine Rekombinationszone (60), die in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers (1) beanstandet zu der Driftzone (10) im Bereich einer Rückseite (12) des Halbleiterkörpers (1) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Rekombinationszone (60) eine Silizidschicht oder eine nicht vollständig rekristallisierte p/n-Zone ist.
eine erste in einem Halbleiterkörper (1) ausgebildete An schlusszone (20) eines ersten Leitungstyps (n),
eine zweite Anschlusszone (30) eines zweiten Leitungsytps (p), die in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers (1) beabstandet zu der ersten Anschlusszone (20) in dem ausgebil det ist,
eine im Anschluss an die zweite Anschlusszone (30) ausge bildete Driftzone (10) des ersten Leitungstyps (n),
eine zwischen der Driftzone (10) und der ersten Anschluss zone (20) ausgebildete Kanalzone (40) des zweiten Leitungs typs,
eine isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper (1) benachbart 6d der Kanalzone (40) ausgebildete Steuerelektrode (50),
eine Rekombinationszone (60), die in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers (1) beanstandet zu der Driftzone (10) im Bereich einer Rückseite (12) des Halbleiterkörpers (1) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Rekombinationszone (60) eine Silizidschicht oder eine nicht vollständig rekristallisierte p/n-Zone ist.
5. Halbleiterschaltungsanordnung mit einem Halbleiterbauele
ment nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der weitere
Halbleiterbauelemente (200) in dem Halbleiterkörper (1) aus
gebildet sind.
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DE10314604B4 (de) * | 2003-03-31 | 2006-07-27 | Infineon Technologies Ag | IGBT-Anordnung mit Reverse-Diodenfunktion |
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EP0522670A1 (de) * | 1985-11-27 | 1993-01-13 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Schnellschaltender, lateraler Feldeffekttransistor mit isolierter Steuerelektrode |
DE19820956A1 (de) * | 1998-05-11 | 1999-11-18 | Daimler Chrysler Ag | Halbleiter-Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung sowie Verwendung des Halbleiter-Bauelements |
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-
2000
- 2000-11-21 DE DE2000157611 patent/DE10057611C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
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Title |
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JP 08-340101 A (abstract (1 Seite) + detailed des-cription (7 Seiten) + description of drawings (1 Seite) + drawings 1-8 (2 Seiten)-alle in einer computergestützten Übersetzung des JPO) * |
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DE102011005194B4 (de) * | 2010-03-05 | 2016-09-15 | Infineon Technologies Austria Ag | Verfahren zum steuern der rekombinationsrate in einem bipolaren halbleiterbauelement sowie bipolares halbleiterbauelement |
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