DE10124115A1 - Semiconductor arrangement for switching inductive loads such as motor, has Schottky diode that is formed by Schottky contact between source electrode and drift zone of semiconductor surface - Google Patents
Semiconductor arrangement for switching inductive loads such as motor, has Schottky diode that is formed by Schottky contact between source electrode and drift zone of semiconductor surfaceInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung, mit einem MOS-Transistor und einer parallel zu der Drain- Source-Strecke des MOS-Transistors geschalteten Schottky- Diode. The present invention relates to a semiconductor device, with a mos transistor and one parallel to the drain Source path of the MOS transistor switched Schottky Diode.
Eine derartige Halbleiteranordnung ist beispielsweise aus der US 4,811,065 bekannt. Die bekannte Halbleiteranordnung weist einen als DMOS-Transistor ausgebildeten Transistor mit einer über dem Halbleiterkörper angeordneten Gate-Elektrode auf, wobei sich bei Anlegen einer Ansteuerspannung ein leitender Kanal in lateraler Richtung des Halbleiterkörper in einem unterhalb der Gate-Elektrode befindlichen Body-Gebiet zwischen einer Source-Zone und einer Drain-Zone ausbildet. In der Drain-Zone fließt der Strom in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers zu einer an der Rückseite des Halbleiterkörpers angeordneten Drain-Elektrode. Die Schottky-Diode ist bei der bekannten Halbleiteranordnung durch einen Metall-Halbleiter- Übergang zwischen einer Source-Elektrode und der Drain-Zone gebildet. Such a semiconductor arrangement is for example from the US 4,811,065 known. The known semiconductor arrangement has a transistor designed as a DMOS transistor with a gate electrode arranged above the semiconductor body, where a conductive when a control voltage is applied Channel in the lateral direction of the semiconductor body in one body area located below the gate electrode between a source zone and a drain zone. In the Drain current flows in the vertical direction of the Semiconductor body to one on the back of the semiconductor body arranged drain electrode. The Schottky diode is in the known semiconductor arrangement by a metal semiconductor Transition between a source electrode and the drain zone educated.
Derartige Halbleiteranordnungen finden als Leistungs- Bauelemente zum Schalten von Lasten, insbesondere zum Schalten induktiver Lasten, wie beispielsweise Motoren, Verwendung. Solange der Transistor in Vorwärtsrichtung betrieben wird, das heißt wenn bei n-leitenden MOSFET eine positive Drain-Source-Spannung anliegt, sperrt die Schottky-Diode. Die Schottky-Diode leitet und wirkt als Freilaufelement, wenn der Transistor mit einer Spannung in Rückwärtsrichtung, also einer negativen Drain-Source-Spannung im Falle eines n- leitenden MOSFET, betrieben wird. Eine solche "Rückwärtsspannung" kann beim Schalten induktiver Lasten mittels des MOSFET durch die in der Last nach dem Sperren des MOSFET induzierte Spannung auftreten. Such semiconductor devices are used as power Components for switching loads, especially for Switching inductive loads, such as motors, Use. As long as the transistor is operating in the forward direction is, that is, if with n-type MOSFET a positive The Schottky diode blocks drain-source voltage. The Schottky diode conducts and acts as a freewheeling element when the Transistor with a voltage in the reverse direction, so a negative drain-source voltage in the case of an n- conductive MOSFET, is operated. Such "Reverse voltage" can occur when switching inductive loads using the MOSFET by the induced in the load after the MOSFET is turned off Tension occur.
Die Schottky-Diode liegt parallel zu einer in dem MOSFET parallel zu der Drain-Source-Strecke vorhandenen Body-Diode, die durch einen pn-Übergang zwischen dem Body-Gebiet und der Drain-Zone und durch Kurzschließen des Body-Gebiets mit der Source-Zone gebildet ist. Die Flussspannung der Schottky- Diode ist geringer als die Flussspannung dieser Body-Diode, so dass die Schottky-Diode stets leitet bevor die Body-Diode leitet. Anders als bei der Body-Diode werden in der Schottky- Diode während des leitenden Zustands keine Ladungsträger gespeichert, die zum Sperren der Diode wieder abgeführt werden müssen. Der Einsatz der Schottky-Diode als Freilaufelement reduziert gegenüber der Body-Diode als Freilaufelement die beim Schalten einer induktiven Last - insbesondere bei hohen Schaltfrequenzen nicht unerheblichen - Schaltverluste. The Schottky diode is parallel to one in the MOSFET body diode present parallel to the drain-source path, through a pn junction between the body area and the Drain zone and by short-circuiting the body area with the Source zone is formed. The forward voltage of the Schottky Diode is less than the forward voltage of this body diode, so the Schottky diode always conducts before the body diode passes. Unlike the body diode, the Schottky Diode no charge carriers during the conductive state saved, which are removed again to block the diode have to. The use of the Schottky diode as a freewheel element reduces the compared to the body diode as a freewheel element when switching an inductive load - especially at high ones Switching frequencies not inconsiderable - switching losses.
Aus der WO 00/51167 ist eine Halbleiteranordnung, durch welche ein MOSFET mit einer parallelen Schottky-Diode realisiert ist, bekannt. Der MOSFET ist als Trench-MOSFET mit einer Vielzahl gleichartiger Transistorzellen, ausgebildet, wobei jede der Zellen eine sich in einem Graben eines Halbleiterkörpers ausgebildete Gate-Elektrode aufweist, wobei benachbart zu Seitenflächen dieser Gate-Elektroden Source-, Body- und Drain-Zonen ausgebildet sind. Zur Realisierung der Schottky-Diode sind spezielle "Schottky-Zellen" vorgesehen, die dadurch ausgebildet sind, dass in Halbleiterbereichen, zwischen einigen der Gate-Elektroden keine Source- und Body- Zonen vorgesehen sind und sich die Drain-Zone in diesen Bereichen von der Rückseite bis an die Vorderseite des Halbleiterkörpers erstreckt, um an der Vorderseite mit einer Metallschicht einen Schottky-Kontakt zu bilden. WO 00/51167 discloses a semiconductor arrangement which realizes a MOSFET with a parallel Schottky diode is known. The MOSFET is a trench MOSFET with a A plurality of similar transistor cells, formed, wherein each of the cells one in a trench one Has semiconductor body formed gate electrode, wherein adjacent to side faces of these gate electrodes source, body and drain zones are formed. To realize the Schottky diode special "Schottky cells" are provided, which are formed in that in semiconductor areas, no source and body between some of the gate electrodes Zones are provided and the drain zone in these Areas from the back to the front of the Semiconductor body extends to the front with a Metal layer to form a Schottky contact.
Eine ähnliche Halbleiteranordnung ist aus der US 6,049,108 bekannt. Auch durch diese Halbleiteranordnung ist eine Parallelschaltung eines MOSFET und einer Schottky-Diode realisiert, wobei der MOSFET als Trench-MOSFET mit einer Vielzahl gleichartig aufgebauter Transistorzellen realisiert ist. Zur Bildung der Schottky-Diode sind auch hier separate "Schottky- Zellen" vorgesehen, bei denen sich die Drain-Zone zwischen benachbarten Gate-Elektroden bis an die Vorderseite des Halbleiterkörpers erstreckt. A similar semiconductor arrangement is known from US 6,049,108 known. This semiconductor arrangement also has one Parallel connection of a MOSFET and a Schottky diode realized, the MOSFET as a trench MOSFET with a variety similarly constructed transistor cells is realized. to Formation of the Schottky diode are here also separate "Schottky Cells "where the drain zone is between adjacent gate electrodes to the front of the Semiconductor body extends.
Das Vorsehen separater "Schottky-Zellen" im Zellenfeld eines Transistors erfordert zum einen zusätzliche Verfahrensschritte, da diese Zellen nicht durch dieselben Prozesse wie die Transistorzellen gebildet werden können, und erhöht zudem die zur Realisierung eines Transistors mit einer gegebenen Stromfestigkeit erforderliche Fläche. The provision of separate "Schottky cells" in the cell field of one On the one hand, transistor requires additional Procedural steps because these cells do not go through the same processes as that Transistor cells can be formed, and also increases the to realize a transistor with a given Current resistance area required.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Halbleiteranordnung mit einem MOS-Transistor und einer zu dem MOS- Transistor parallelen Schottky-Diode zur Verfügung zu stellen, die platzsparend realisierbar ist. The aim of the present invention is therefore a Semiconductor arrangement with a MOS transistor and one to the MOS Transistor parallel Schottky diode available too places that can be realized to save space.
Dieses Ziel wird durch eine Halbleiteranordnung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. This goal is achieved by a semiconductor device according to the Features of claim 1 solved.
Die erfindungsgemäße Halbleiteranordnung weist einen Halbleiterkörper mit einer ersten Anschlusszone eines ersten Leitungstyps, einer zweiten Anschlusszone des ersten Leitungstyps und einer zwischen der ersten und zweiten Anschlusszone ausgebildeten Body-Zone eines zweiten Leitungstyps auf, wobei die erste Anschlusszone, die Body-Zone und die zweite Anschlusszone wenigstens abschnittsweise in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers übereinander angeordnet sind. Eine Steuerelektrode ist isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper in einem Graben ausgebildet ist, der sich in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers von der zweiten Anschlusszone durch die Body-Zone bis in die erste Anschlusszone erstreckt. Die zweite Anschlusszone und die Body-Zone sind durch eine Anschlusselektrode kontaktiert die gegenüber der Steuerelektrode isoliert ist. Des weiteren ist bei der erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung ein Schottky-Kontakt, zwischen der Anschlusselektrode und der ersten Anschlusszone gebildet, wobei dieser Schottky-Kontakt in platzsparender Weise benachbart zu der Body-Zone, bzw. benachbart zu der Kontaktfläche zwischen der Anschlusselektrode und der Body-Zone gebildet ist. The semiconductor arrangement according to the invention has one Semiconductor body with a first connection zone of a first Line type, a second connection zone of the first Line type and one between the first and second connection zone trained body zone of a second conduction type, wherein the first connection zone, the body zone and the second Connection zone at least in sections in the vertical direction of the semiconductor body are arranged one above the other. A Control electrode is insulated from the semiconductor body is formed in a trench that is vertical Direction of the semiconductor body from the second connection zone extends through the body zone into the first connection zone. The second connection zone and the body zone are through one Connection electrode contacts the opposite Control electrode is insulated. Furthermore, the invention Semiconductor device a Schottky contact between which Connection electrode and the first connection zone formed, wherein this Schottky contact adjacent to in a space-saving manner the body zone, or adjacent to the contact area between the connecting electrode and the body zone is formed.
Die erste, bei einem n-leitenden MOS-Transistor n-dotierte Anschlusszone bildet zum einen die Drain-Zone des Transistors und zum anderen die Anode der durch die erste Anschlusszone und die Anschlusselektrode, die die Source-Elektrode bildet, gebildeten Schottky-Diode. Die zweite Anschlusszone bildet die Source-Zone des MOS-Transistors und die Steuerelektrode bildet die Gate-Elektrode des MOS-Transistors. Die Source- Zone und die Body-Zone sind durch die Anschlusselektrode kurzgeschlossen, um in hinlänglich bekannter Weise einen parasitären Bipolartransistor unwirksam zu machen, der durch die Abfolge der Drain-Zone, der zu der Drain-Zone komplementären Body-Zone und der Source-Zone gebildet ist und der sonst die maximale Sperrspannung des Transistors reduzieren würde. The first, n-doped in an n-type MOS transistor The connection zone forms the drain zone of the transistor and on the other hand the anode through the first connection zone and the connection electrode that forms the source electrode Schottky diode formed. The second connection zone forms the source zone of the MOS transistor and the control electrode forms the gate electrode of the MOS transistor. The source Zone and the body zone are through the connection electrode short-circuited to one in a well known manner to render parasitic bipolar transistor ineffective by the sequence of the drain zone leading to the drain zone complementary body zone and the source zone is formed and the otherwise reduce the maximum reverse voltage of the transistor would.
Die Anordnung der Steuerelektrode in einem sich in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers erstreckenden Graben ermöglicht eine besonders platzsparende Realisierung der Halbleiteranordnung mit dem MOS-Transistor und der Schottky-Diode. Bei Anlegen einer Ansteuerspannung zwischen der Gate- Elektrode und der Source-Zone bzw. der die Source-Zone kontaktierenden Source-Elektrode bildet sich in der Body-Zone entlang der Gate-Elektrode ein leitender Kanal in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers zwischen der Source-Zone und der Drain-Zone aus. The arrangement of the control electrode in a vertical Trench extending in the direction of the semiconductor body enables a particularly space-saving implementation of the Semiconductor arrangement with the MOS transistor and the Schottky diode. When a control voltage is applied between the gate Electrode and the source zone or the the source zone Contacting source electrode forms in the body zone along the gate electrode a vertical vertical channel Direction of the semiconductor body between the source zone and the drain zone.
Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement ist vorzugsweise zellenartig aufgebaut und weist somit eine Vielzahl gleichartiger Strukturen mit jeweils einer Gate-Elektrode und benachbart zu der Gate-Elektrode gebildete Abfolgen aus einer Source-Zone, einer Body-Zone und einer Drain-Zone auf. Jede dieser Zellen weist dabei benachbart zu der Body-Zone zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Zone einen Schottky- Kontakt auf. The semiconductor component according to the invention is preferred constructed like a cell and thus has a large number of similar structures, each with a gate electrode and sequences of a formed adjacent to the gate electrode Source zone, a body zone and a drain zone. each this cell is adjacent to the body zone the Schottky source electrode and the drain zone Contact us.
Zudem ist bei jeder dieser Strukturen benachbart zu dem Kontakt zwischen der Anschlusselektrode und der Body-Zone ein Schottky-Kontakt vorhanden. Alle Zellen sind bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement somit gleich aufgebaut und können durch dieselben Verfahrensschritte hergestellt werden. Zudem verteilt sich der Strom durch die aus der Vielzahl der Schottky-Kontakte gebildeten Schottky-Diode gleichmäßiger auf das Bauelement als bei derartigen Halbleiteranordnungen nach dem Stand der Technik, bei denen nur vereinzelt Schottky- Kontakt in dem Zellenfeld des Transistors vorgesehen sind. In addition, each of these structures is adjacent to that Contact between the connection electrode and the body zone Schottky contact available. All cells are with the semiconductor device according to the invention thus constructed and can be made by the same process steps. In addition, the electricity is distributed through the large number of Schottky contacts formed Schottky diode more uniform the component as in such semiconductor devices the state of the art, where only a few Schottky Contact are provided in the cell field of the transistor.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die erste Anschlusszone, bzw. die Drain-Zone, abschnittsweise bis an eine Vorderseite des Halbleiterkörpers erstreckt, wobei der Schottky-Kontakt an der Vorderseite des Halbleiterkörpers zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Zone neben dem Kontakt zwischen der Source-Elektrode und der Body-Zone bzw. dem Kontakt zwischen der Source- Elektrode und der Source-Zone gebildet ist. In one embodiment of the invention it is provided that the first connection zone, or the drain zone, in sections up to a front side of the semiconductor body extends, with the Schottky contact on the front of the Semiconductor body between the source electrode and the Drain zone next to the contact between the source electrode and the body zone or the contact between the source Electrode and the source zone is formed.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Source-Elektrode abschnittsweise in einem in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers verlaufenden zweiten Graben ausgebildet ist, wobei der Schottky-Kontakt in dem zweiten Graben zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Zone gebildet ist. Bei dieser Ausführungsform sind die Body-Zone und die Source-Zone an Seitenwänden des zweiten Grabens durch die Source-Elektrode kontaktiert und kurzgeschlossen. In a further embodiment it is provided that the Source electrode in sections in a vertical Direction of the semiconductor body extending second trench is formed, the Schottky contact in the second trench formed between the source electrode and the drain zone is. In this embodiment, the body zone and the Source zone on the side walls of the second trench through the Source electrode contacted and short-circuited.
Der Halbleiterkörper besteht beispielsweise aus Silizium, die Dotierung der Drain-Zone im Anschluss an die Source-Elektrode zur Bildung des Schottky-Kontakts beträgt dabei vorzugsweise weniger als 1.1017 cm-3. The semiconductor body consists for example of silicon, the doping of the drain zone following the source electrode to form the Schottky contact is preferably less than 1.10 17 cm -3 .
Als Metall der Source-Elektrode zur Bildung des Schottky- Kontakts eignen sich insbesondere Aluminium, Wolfram-, Tantal-, Titan-, Platin- oder Kobalt-Silzid. Die Source- Elektrode kann dabei vollständig aus den genannten Materialien bestehen oder auch mehrschichtig mit einer dünnen Schicht dieses Materials im Bereich des Schottky-Kontakts und einer darüberliegenden dickeren Schicht aus Aluminium oder einem hochdotierten n-Polysilizium ausgebildet sein. As the metal of the source electrode to form the Schottky Contacts are particularly suitable for aluminum, tungsten, Tantalum, titanium, platinum or cobalt silicide. The source Electrode can be made entirely from the above Materials exist or even multi-layered with a thin one Layer of this material in the area of the Schottky contact and an overlying thicker layer of aluminum or a highly doped n-polysilicon.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand von Figuren näher erläutert. In den Figuren zeigt The present invention is hereinafter described in Embodiments explained in more detail with reference to figures. In the figures shows
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper mit einer erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung gemäß einer ersten Ausführungsform, Fig. 1 shows a cross section through a semiconductor body with an inventive semiconductor device according to a first embodiment;
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Halbleiterkörper gemäß Fig. 1 in Draufsicht bei einer ersten Ausführungsform (Fig. 2a), einer zweiten Ausführungsform ( Fig. 2b) und einer dritten Ausführungsform (Fig. 3c) bezüglich einer Anordnung der Gate-Elektroden, Fig. 2 shows a cross section through the semiconductor body of FIG. 1 in top view in a first embodiment (Fig. 2a), a second embodiment (Fig. 2b) and a third embodiment (FIG. 3c) with respect to an arrangement of the gate electrodes,
Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper mit einer erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform, Fig. 3 shows a cross section through a semiconductor body with an inventive semiconductor device according to a second embodiment,
Fig. 4 einen Querschnitt durch den Halbleiterkörper gemäß Fig. 3 in Draufsicht, Fig. 4 shows a cross section through the semiconductor body of FIG. 3 in top view,
Fig. 5 einen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper mit einer erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung gemäß einer dritten Ausführungsform, Fig. 5 shows a cross section through a semiconductor body with an inventive semiconductor device according to a third embodiment;
Fig. 6 einen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper mit einer erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform, Fig. 6 shows a cross section through a semiconductor body with an inventive semiconductor device according to another embodiment,
Fig. 7 ein elektrisches Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung. Fig. 7 is an electrical equivalent circuit diagram of the semiconductor device according to the invention.
In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben gleiche Bezugszeichen gleiche Teile und Bereiche mit gleicher Bedeutung. In the figures, unless otherwise stated same reference numerals same parts and areas with the same Importance.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement, durch welches ein n-leitender MOS- Transistor und eine parallel zu der Drain-Source-Strecke D-S des MOS-Transistors geschaltete Schottky-Diode realisiert sind. Der MOS-Transistor weist eine Vielzahl gleichartig aufgebauter Transistorzellen auf, die gemeinsam verschaltet sind, wobei in Fig. 1 zwei derartige Transistorzellen dargestellt sind. Fig. 1 shows a cross section through an inventive semiconductor component, through which an n-type MOS transistor, and a parallel to the drain-source path DS of the MOS transistor connected Schottky diode are realized. The MOS transistor has a multiplicity of transistor cells of the same structure, which are connected together, two transistor cells of this type being shown in FIG. 1.
Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement weist einen Halbleiterkörper 100 mit einer stark n-dotierten Zone 10, beispielsweise einem Substrat, und einer auf der stark n- dotierten Zone 10 aufgebrachten schwächer n-dotierten Zone 12, beispielsweise eine Epitaxieschicht, auf. In die schwächer n-dotierte Zone 12 sind von einer Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers her p-dotierte Zonen 20 eingebracht, in welchen wiederum stark n-dotierte Zonen 30 ausgebildet sind, wobei die p-dotierte Zone 20 die stark n-dotierte Zone 30 und die schwächer n-dotierte Zone 12 voneinander trennt. The semiconductor component according to the invention has a semiconductor body 100 with a heavily n-doped zone 10 , for example a substrate, and a weakly n-doped zone 12 , for example an epitaxial layer, applied to the heavily n-doped zone 10 . P-doped zones 20 are introduced into the weaker n-doped zone 12 from a front side 101 of the semiconductor body, in which zones heavily n-doped zones 30 are in turn formed, the p-doped zone 20 being the heavily n-doped zone 30 and separates the weaker n-doped zone 12 from one another.
Die stark n-dotierte Zone 10 und die schwächer n-dotierte Zone 12 bilden die Drain-Zone des MOS-Transistors, die an einer Rückseite 102 des Halbleiterkörpers durch eine Metallisierung 70, die den Drain-Anschluss D bildet, kontaktiert ist. Die p- dotierte Zone 20 bildet die Body-Zone und die stark n- dotierte Zone 30 bildet die Source-Zone des MOS-Transistors. The heavily n-doped zone 10 and the weakly n-doped zone 12 form the drain zone of the MOS transistor, which is contacted on a rear side 102 of the semiconductor body by a metallization 70 , which forms the drain connection D. The p-doped zone 20 forms the body zone and the heavily n-doped zone 30 forms the source zone of the MOS transistor.
Ausgehend von einer Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers erstrecken sich Gräben in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 durch die Source-Zone 30 und die Body-Zone 20 bis in die schwächer n-dotierte Zone 12, die als Drift-Zone des MOS-Transistors wirkt. In den Gräben sind Gate-Elektroden 40 ausgebildet, die sich ebenfalls in vertikaler Richtung 12 erstrecken, wobei die Gate-Elektroden 40 durch Isolationsschichten 52 gegenüber den Source-, Drift-, und Body-Zonen 30, 12, 20 isoliert ist. Die Drift-Zone 12, die Body-Zone 20 und die Source-Zone 30 sind beiderseits der Gräben in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 übereinander angeordnet. Starting from a front side 101 of the semiconductor body, trenches extend in the vertical direction of the semiconductor body 100 through the source zone 30 and the body zone 20 into the weaker n-doped zone 12 , which acts as the drift zone of the MOS transistor. Gate electrodes 40 are formed in the trenches, which likewise extend in the vertical direction 12 , the gate electrodes 40 being insulated from the source, drift and body zones 30 , 12 , 20 by insulation layers 52 . The drift zone 12 , the body zone 20 and the source zone 30 are arranged one above the other on both sides of the trenches in the vertical direction of the semiconductor body 100 .
Die Source-Zone 20 ist durch eine Source-Elektrode 60 kontaktiert, wobei diese Source-Elektrode 60 neben der Source-Zone 30 auch im Bereich der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers freiliegende Bereiche der Body-Zone 20 kontaktiert. Die Source-Elektrode 60 schließt die Source-Zone 30 und die Body-Zone 20 kurz, wodurch ein durch die Abfolge der n-dotierten Drift- Zone 12, der p-dotierten Body-Zone 20 und der n-dotierten Source-Zone 30 gebildeter parasitärer Bipolartransistor wirkungslos wird. Die Gate-Elektrode 40 ist mittels einer Isolationsschicht 50, die oberhalb der Gate-Elektrode 40 an der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers ausgebildet ist, von der Source-Elektrode 60 isoliert. The source zone 20 is contacted by a source electrode 60 , this source electrode 60 making contact not only with the source zone 30 but also with exposed areas of the body zone 20 in the region of the front side 101 of the semiconductor body. The source electrode 60 short-circuits the source zone 30 and the body zone 20 , as a result of which the sequence of the n-doped drift zone 12 , the p-doped body zone 20 and the n-doped source zone 30 formed parasitic bipolar transistor becomes ineffective. The gate electrode 40 is insulated from the source electrode 60 by means of an insulation layer 50 , which is formed above the gate electrode 40 on the front side 101 of the semiconductor body.
Die Source-Elektrode kontaktiert des weiteren benachbart zu der Body-Zone 20 in einem Bereich 14 der Vorderseite 101 freiliegende Bereiche der Drift-Zone 12, die einen Teil der Drain-Zone bildet. Die Source-Elektrode 60 und die Drift-Zone 12 bilden in dem Bereich 14 der Vorderseite des Halbleiterkörpers 101 einen Schottky-Kontakt, wobei die Drift-Zone 12 in diesem Bereich gegebenenfalls geringer als in den übrigen Bereichen dotiert sein kann. Die Source-Elektrode 5 besteht im Bereich des Schottky-Kontakts aus einem Metall, beispielsweise Aluminium, oder aus einem Silizid, wie beispielsweise Wolfram-Silizid, Tantal-Silizid, Platin-Silizid, Kobalt- Silizid oder Titan-Silizid. Die Source-Elektrode 60 kann dabei vollständig aus diesem Material gebildet sein oder kann schichtweise aufgebaut sein wobei die Source-Elektrode 60 dann im Bereich des Schottky-Kontakts eines der genannten Materialien aufweist, über den dann beispielsweise eine Aluminiumschicht oder eine hochdotierte Schicht aus n-leitendem Polysilizium aufgebracht sein kann. The source electrode also contacts exposed areas of the drift zone 12 adjacent to the body zone 20 in a region 14 of the front side 101 , which forms part of the drain zone. The source electrode 60 and the drift zone 12 form a Schottky contact in the area 14 of the front side of the semiconductor body 101 , the drift zone 12 in this area possibly being less doped than in the other areas. In the region of the Schottky contact, the source electrode 5 consists of a metal, for example aluminum, or of a silicide, such as, for example, tungsten silicide, tantalum silicide, platinum silicide, cobalt silicide or titanium silicide. The source electrode 60 can be made entirely of this material or can be built up in layers, the source electrode 60 then having one of the materials mentioned in the region of the Schottky contact, via which an aluminum layer or a highly doped layer of n- conductive polysilicon can be applied.
Bei Anlegen einer Ansteuerspannung zwischen der Gate- Elektrode 40 G und der Source-Elektrode S bildet sich entlang des Grabens in der Body-Zone 20 ein in vertikaler Richtung zwischen der Source-Zone 30 und der Drift-Zone 12 verlaufender leitender Kanal aus, der bei Anlegen einer Spannung zwischen der Drain-Elektrode 70, D und der Source-Elektrode 60, S einen Stromfluss ermöglicht. Bei Anlegen einer positiven Drain-Source-Spannung, die unterhalb der Durchbruchspannung des Schottky-Kontakts liegt, sperrt der Schottky-Kontakt, ein Stromfluss zwischen der Drain-Zone und der Source-Zone ist dann nur über den in den Figuren gestrichelt eingezeichneten leitenden Kanal in der Body-Zone 20 möglich. When a drive voltage is applied between the gate electrode 40 G and the source electrode S, a conductive channel which runs in the vertical direction between the source zone 30 and the drift zone 12 is formed along the trench in the body zone 20 when a voltage is applied between the drain electrode 70 , D and the source electrode 60 , S allows a current to flow. When a positive drain-source voltage is applied, which is below the breakdown voltage of the Schottky contact, the Schottky contact blocks, a current flow between the drain zone and the source zone is then only via the conductive channel shown in dashed lines in the figures possible in body zone 20 .
Bei Anliegen einer negativen Drain-Source-Spannung leitet der Schottky-Kontakt und ermöglicht einen Stromfluss zwischen der Source-Elektrode S und der Drain-Elektrode D unter Umgehung der Struktur mit der Body-Zone 20, der Source-Zone 30 und der Gate-Elektrode 40. When a negative drain-source voltage is present, the Schottky contact conducts and enables a current to flow between the source electrode S and the drain electrode D, bypassing the structure with the body zone 20 , the source zone 30 and the gate Electrode 40 .
Durch den pn-Übergang zwischen der Body-Zone 20 und der Drift-Zone 12 ist zwischen der Source-Elektrode S und der Drain-Elektrode D eine sogenannte Body-Diode vorhanden, deren Schaltsymbol in Fig. 1 eingezeichnet ist. Die Flussspannung dieser durch den pn-Übergang gebildeten Diode ist größer als die Flussspannung der Schottky-Diode, so dass bei Anlegen einer negativen Drain-Source-Spannung diese Body-Diode nicht leitend wird, das heißt wirkungslos bleibt. Due to the pn junction between the body zone 20 and the drift zone 12 , a so-called body diode is present between the source electrode S and the drain electrode D, the circuit symbol of which is shown in FIG. 1. The forward voltage of this diode formed by the pn junction is greater than the forward voltage of the Schottky diode, so that when a negative drain-source voltage is applied, this body diode does not become conductive, that is to say remains ineffective.
Fig. 7 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild dieser erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung. Das Ersatzschaltbild zeigt einen MOS-Transistor T mit einer parallel zu der Drain- Source-Strecke D-S des MOS-Transistors geschalteten Schottky- Diode DS, die durch den Schottky-Kontakt zwischen der Source- Elektrode 60 und der Drift-Zone 12 gebildet ist, und mit einer parallel zu der Drain-Source-Strecke DS des MOSFET und parallel zu der Schottky-Diode DS geschalteten Body-Diode D, die durch den pn-Übergang zwischen der Body-Zone 20 und der Drift-Zone 12 gebildet ist. Fig. 7 shows the electrical equivalent circuit diagram showing the semiconductor device according to the invention. The equivalent circuit diagram shows a MOS transistor T with a Schottky diode DS connected in parallel with the drain-source path DS of the MOS transistor, which is formed by the Schottky contact between the source electrode 60 and the drift zone 12 , and with a body diode D connected in parallel with the drain-source path DS of the MOSFET and in parallel with the Schottky diode DS, which is formed by the pn junction between the body zone 20 and the drift zone 12 .
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine Halbleiteranordnung gemäß Fig. 1 in einer Schnittebene A-A, wobei in Fig. 2a ein erstes Ausführungsbeispiel zur Ausbildung der Gate- Elektrode 40 und in Fig. 2b ein zweites Ausführungsbeispiel zur Ausbildung der Gate-Elektrode 40 dargestellt ist. Fig. 2 shows a cross section through a semiconductor arrangement according to FIG. 1 in a sectional plane AA, wherein in Fig. 2a shows a first embodiment for forming the gate electrode 40 and in Fig. 2b, a second embodiment for forming the gate electrode 40 is ,
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2a verlaufen die Gate-Elektrode 40 und die benachbart zu der Gate-Elektrode 40 angeordnete Isolationsschicht 52, die p-dotierte Body-Zone 20 und die n-dotierte Source-Zone 30 langgestreckt in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 100, d. h. senkrecht zu der Zeichenebene gemäß Fig. 1. In the exemplary embodiment according to FIG. 2a, the gate electrode 40 and the insulation layer 52 arranged adjacent to the gate electrode 40 , the p-doped body zone 20 and the n-doped source zone 30 extend elongated in the lateral direction of the semiconductor body 100 , ie perpendicular to the plane of the drawing according to FIG. 1.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2b sind der Graben und die darin angeordnete Gate-Elektrode 40 säulenförmig ausgebildet, wobei die Isolationsschicht 52, die p-dotierte Body-Zone 20 und die n-dotierte Source-Zone 30 die Gate- Elektrode ringförmig umgeben. In the exemplary embodiment according to FIG. 2b, the trench and the gate electrode 40 arranged therein are columnar, the insulation layer 52 , the p-doped body zone 20 and the n-doped source zone 30 surrounding the gate electrode in a ring.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2c sind der Graben und die darin angeordnete Gate-Elektrode 40 ringförmig um die Bodyzone 30, die Source-Zone 20 und die Drain-Zone 12 angeordnet. In the exemplary embodiment according to FIG. 2 c, the trench and the gate electrode 40 arranged therein are arranged in a ring around the body zone 30 , the source zone 20 and the drain zone 12 .
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung im Querschnitt. Diese Halbleiteranordnung unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten durch die Ausbildung der Source-Elektrode 60. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 erstreckt sich neben dem Graben, in welchem die Gate-Elektrode 40 ausgebildet ist, ein zweiter Graben 62 ausgehend von der Vorderseite 100 in den Halbleiterkörper, wobei der Graben 62 unterhalb der p- dotierten Body-Zone 20 endet. Die Source-Elektrode 60 ist in diesem Graben 62 ausgebildet, wobei der Schottky-Kontakt im Bereich eines Bodens dieses Grabens 62 zwischen der Source- Elektrode 60 und der Drift-Zone 12 gebildet ist. Die Source- Elektrode S kontaktiert an Seitenflächen dieses Grabens 62 die Source-Zone 30 und die Body-Zone 20 und schließt dadurch die Body-Zone 20 und die Source-Zone 30 kurz. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 muss anders als bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 an der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers kein Raum zum Kurzschließen der Source-Zone 30 und der Body-Zone 20 mittels der Source-Elektrode 60 vorgesehen werden, da bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 der Kurzschluss nicht an der Vorderseite 101 sondern an einer in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 verlaufenden Seitenfläche des Grabens 62 erfolgt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist somit eine höhere Packungsdichte erzielbar, d. h. es kann eine größere Anzahl von Transistorzellen auf einer gegebenen Fläche realisiert werden. Fig. 3 shows another embodiment of a semiconductor device according to the invention in cross section. This semiconductor arrangement differs from that shown in FIG. 1 by the formation of the source electrode 60 . In the exemplary embodiment according to FIG. 3, in addition to the trench in which the gate electrode 40 is formed, a second trench 62 extends from the front side 100 into the semiconductor body, the trench 62 ending below the p-doped body zone 20 , The source electrode 60 is formed in this trench 62 , the Schottky contact being formed in the region of a bottom of this trench 62 between the source electrode 60 and the drift zone 12 . The source electrode S contacts the source zone 30 and the body zone 20 on side surfaces of this trench 62 and thereby short-circuits the body zone 20 and the source zone 30 . In the exemplary embodiment according to FIG. 3, unlike the exemplary embodiment according to FIG. 1, no space for short-circuiting the source zone 30 and the body zone 20 by means of the source electrode 60 has to be provided on the front side 101 of the semiconductor body, since in the case of the embodiment shown in FIG. 6, the short circuit does not take place on the front 101 but on a line extending in the vertical direction of the semiconductor body 100 side surface of the trench 62nd In the embodiment according to FIG. 3 thus a higher packing density is achieved, that is, it can be realized a greater number of transistor cells in a given area.
Des weiteren ist ein mögliches Herstellungsverfahren der Halbleiteranordnung gemäß Fig. 3 gegenüber einem Verfahren bei der Halbleiteranordnung gemäß Fig. 1 vereinfacht. 1 Further, a possible manufacturing method of the semiconductor device of FIG. 3 compared to a method in the semiconductor device of FIG. Simplified.
Bei der Herstellung einer Halbleiteranordnung gemäß Fig. 1 müssen für die Herstellung der p-dotierten Body-Zonen 20 und der Source-Zonen 30 Masken auf die Vorderseite des Halbleiterkörpers 101 aufgebracht werden, die zum einen sicherstellen, dass beim Eindiffundieren der p-dotierten Zone 20 n- dotierte Bereiche der Drift-Zone 12 an der Vorderseite 101verbleiben, die später zur Bildung des Schottky-Kontakts kontaktiert werden. Des weiteren müssen Bereiche der an der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers freiliegenden Body-Zone 20 bei der Eindiffusion der Source-Zone 30 abgedeckt werden. Bei einem Herstellungsverfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung gemäß Fig. 3 kann die Epitaxieschicht 12 von der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers her zur Bildung der p-dotierten Body-Zone 20 auf der ganzen Fläche p-dotiert werden, wobei anschließend auf der ganzen Fläche der Vorderseite 101 eine stark n-dotierte Zone 30 eindotiert werden kann. Anschließend wird der Graben 62 erzeugt, der durch die Source- Zone 30 und die Body-Zone 20 bis in die Drift-Zone 12 reicht. In the production of a semiconductor device shown in Fig. 1 must doped p-type for the production of the body regions 20 and source regions are applied 30 masks on the front side of the semiconductor body 101 to ensure, firstly, that doped p-in diffusion zone 20 n-doped regions of the drift zone 12 remain on the front side 101 , which are later contacted to form the Schottky contact. Furthermore, areas of the body zone 20 exposed on the front side 101 of the semiconductor body must be covered when the source zone 30 is diffused in. In a manufacturing method for manufacturing a semiconductor device according to FIG. 3, the epitaxial layer 12 doped p-from the front side 101 of the semiconductor body forth to form the body zone 20 on the entire surface of p-doped, are being followed on the entire surface of the front side 101 a heavily n-doped zone 30 can be doped. The trench 62 is then produced, which extends through the source zone 30 and the body zone 20 into the drift zone 12 .
Auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist der Schottky-Kontakt im Anschluss an den Kontakt zwischen der Source-Elektrode 60 und der Body-Zone 20 ausgebildet. Somit ist bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement benachbart zu jedem Anschluss der Source-Elektrode 60 an die Body- und Source-Zone 20, 30 ein Schottky-Kontakt vorgesehen. Die Zellen des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement sind somit gleichartig aufgebaut, wobei jeder Transistorzelle ein Schottky-Kontakt zugeordnet ist, was im Falle eines Leitens der durch die einzelnen Schottky-Kontakte gebildeten Schottky-Diode zu einer gleichmäßigeren Stromverteilung über das Bauelement führt. Zudem sind alle Zellen des Halbleiterbauelements durch dieselben Verfahrensschritte herstellbar. Also in the embodiment according to FIG. 3, the Schottky contact in the connection to the contact between the source electrode 60 and the body zone 20 is formed. Thus, in the semiconductor component according to the invention, a Schottky contact is provided adjacent to each connection of the source electrode 60 to the body and source zones 20 , 30 . The cells of the semiconductor component according to the invention are thus constructed in the same way, with each transistor cell being assigned a Schottky contact, which leads to a more uniform current distribution over the component if the Schottky diode formed by the individual Schottky contacts is conductive. In addition, all cells of the semiconductor component can be produced using the same method steps.
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch die Halbleiteranordnung gemäß Fig. 3, wobei in dem Ausführungsbeispiel die Gate- Elektrode 40 und die benachbart zu der Gate-Elektrode 40 angeordnete Isolationsschicht 52 und die Body-Zone 20, bzw. die Source-Zone 30 langgestreckt in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 100 ausgebildet sind. Der Graben 62 mit der darin angeordneten Source-Elektrode 60 kann dabei ebenfalls langgestreckt in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers verlaufen, wie die in Fig. 4 schraffierten Zonen zeigen. Es besteht auch die Möglichkeit, beabstandet voneinander rechteckförmige Gräben vorzusehen, in welche sich die Source- Elektrode erstreckt, wie in Fig. 4 durch die gestrichelten Linien dargestellt ist, wobei die sich zwischen diesen Gräben 62 befindlichen Bereiche durch die p-dotierte Body-Zone 20, bzw. darüber liegend durch die Source-Zone 30, ausgefüllt sind. FIG. 4 shows a cross section through the semiconductor arrangement according to FIG. 3, wherein in the exemplary embodiment the gate electrode 40 and the insulation layer 52 arranged adjacent to the gate electrode 40 and the body zone 20 or the source zone 30 are elongated are formed in the lateral direction of the semiconductor body 100 . The trench 62 with the source electrode 60 arranged therein can likewise extend in an elongated manner in the lateral direction of the semiconductor body, as the zones hatched in FIG. 4 show. There is also the possibility of providing spaced-apart rectangular trenches into which the source electrode extends, as shown by the dashed lines in FIG. 4, the regions located between these trenches 62 being represented by the p-doped body zone 20 , or lying above by the source zone 30 , are filled.
Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung, die sich von der in Fig. 4 dargestellten Halbleiteranordnung dadurch unterscheidet, dass die Gate-Elektrode 40 in einem in der Drift-Zone 12 ausgebildeten Bereich des Grabens als Feldplatte 42 ausgebildet ist. Dazu verjüngt sich die Elektrode in diesem Bereich und ist gegenüber der Drift-Zone 42 von einer dickeren Isolationsschicht 54 als im Bereich der Body-Zone 20 und der Source- Zone 30 umgeben. FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of a semiconductor arrangement according to the invention, which differs from the semiconductor arrangement shown in FIG. 4 in that the gate electrode 40 is designed as a field plate 42 in an area of the trench formed in the drift zone 12 . For this purpose, the electrode tapers in this area and is surrounded by a thicker insulation layer 54 than the drift zone 42 than in the area of the body zone 20 and the source zone 30 .
Die Ausbildung der Gate-Elektrode 40 als Feldplatte 42 im Bereich der Drift-Zone 12 erhöht die Spannungsfestigkeit des MOS-Transistors, die maßgeblich durch die Dicke der Gate- Isolation bestimmt ist. The formation of the gate electrode 40 as a field plate 42 in the area of the drift zone 12 increases the dielectric strength of the MOS transistor, which is largely determined by the thickness of the gate insulation.
Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung, bei der der MOS-Transistor als sogenannter Drain-Up-Transistor realisiert ist. Die Drain-Zone wird bei diesem Transistor nicht an einer Rückseite des Halbleiterkörpers sondern wie auch die Source-Zone 30 und die Gate-Elektrode 40 von einer Vorderseite des Halbleiterkörpers her kontaktiert. Die Drain-Zone 10A ist bei dieser Ausführungsform als vergrabene stark n-dotierte Schicht auf einem Halbleitersubstrat 14, in Fig. 6 einem stark p- dotierten Halbleitersubstrat, ausgebildet. Zudem ist ein stark n-dotierter Bereich 10B vorgesehen, der in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 verläuft und der die vergrabene Schicht 10A an eine Drain-Elektrode 70 an der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 anschließt. Fig. 6 shows a further embodiment of a semiconductor device according to the invention, wherein the MOS transistor is implemented as a so-called drain-up transistor. In this transistor, the drain zone is not contacted on a rear side of the semiconductor body but, like the source zone 30 and the gate electrode 40, is contacted from a front side of the semiconductor body. In this embodiment, the drain zone 10 A is formed as a buried, heavily n-doped layer on a semiconductor substrate 14 , in FIG. 6 a heavily p-doped semiconductor substrate. In addition, a heavily n-doped region 10 B is provided, which extends in the vertical direction of the semiconductor body 100 and which connects the buried layer 10 A to a drain electrode 70 on the front side 101 of the semiconductor body 100 .
Als Randabschluss des Zellenfeldes, von dem nur die Gate- Elektrode 40 und die Source-Zone 30 dargestellt ist, ist eine Feldplatte 42 vorgesehen, die wie die Gate-Elektrode 40 in einem sich in vertikaler Richtung erstreckenden Graben ausgebildet und gegenüber dem Halbleiterkörper 100 mittels einer Isolationsschicht 54 isoliert ist. Die Feldplatte 42 ist an die Gate-Elektrode 40 angeschlossen. Allerdings ist keine Source-Zone in der Body-Zone 22 benachbart zu der Feldplatte angeordnet, so dass sich benachbart zu der Feldplatte kein leitender Kanal ausbilden kann. Aufgabe der Feldplatte 42 ist es, den Feldstärkeverlauf an den Rändern des Zellenfeldes so zu beeinflussen, dass dort die Wahrscheinlichkeit eines Durchbruchs bei Anlegen einer Sperrspannung nicht höher ist als innerhalb des Zellenfeldes. A field plate 42 is provided as the edge termination of the cell field, of which only the gate electrode 40 and the source zone 30 are shown, which, like the gate electrode 40, is formed in a trench that extends in the vertical direction and is opposite the semiconductor body 100 an insulation layer 54 is insulated. The field plate 42 is connected to the gate electrode 40 . However, no source zone is arranged in the body zone 22 adjacent to the field plate, so that no conductive channel can form adjacent to the field plate. It is the task of the field plate 42 to influence the field strength curve at the edges of the cell field in such a way that the probability of a breakdown when a reverse voltage is applied is no higher than within the cell field.
Die Feldplatte, die den Abschluss des Zellenfeldes bildet, ist in lateraler Richtung beabstandet zu dem Bereich 10B, bzw. dem Drain-Anschluss 70 ausgebildet. Der Halbleiterbereich zwischen der Feldplatte 42 und dem Drain-Anschluss 70 ist wie die Drift-Zone 12 schwächer n-dotiert. The field plate, which forms the end of the cell field, is formed in the lateral direction at a distance from the region 10 B or the drain connection 70 . The semiconductor region between the field plate 42 and the drain connection 70 , like the drift zone 12, is weakly n-doped.
Im übrigen entspricht der Aufbau der Halbleiteranordnung hinsichtlich des Schottky-Kontakts zwischen der Source-Elektrode 60 und der Drift-Zone 12, hinsichtlich der Source-Elektrode 60 und hinsichtlich der Gate-Elektrode 40 dem Aufbau der Halbleiteranordnung gemäß Fig. 3, auf die verwiesen wird. Otherwise, the structure of the semiconductor arrangement corresponds to the structure of the semiconductor arrangement according to FIG. 3 with regard to the Schottky contact between the source electrode 60 and the drift zone 12 , with regard to the source electrode 60 and with respect to the gate electrode 40 , to which reference is made becomes.
Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, die
Strukturen gemäß der Fig. 1 und 4 in einem Drain-Up-Transistor
gemäß Fig. 6 zu verwenden.
Bezugszeichenliste
T MOS-Transistor
D Drain-Anschluss
S Source-Anschluss
G Gate-Anschluss
DS Schottky-Diode
DI Body-Diode
100 Halbleiterkörper
70 Metallisierung
10 Substrat
12 Epitaxieschicht
60 Source-Elektrode
62 Graben
50, 52 Isolationsschicht
20 Body-Zone
30 Source-Zone
40 Gate-Elektrode
42 Feldplatte
54 Isolationsschicht
Of course, there is also the possibility of using the structures according to FIGS. 1 and 4 in a drain-up transistor according to FIG. 6. LIST OF REFERENCE NUMBERS T MOS transistor
D drain connector
S source connector
G gate connector
DS Schottky diode
DI body diode
100 semiconductor bodies
70 metallization
10 substrate
12 epitaxial layer
60 source electrode
62 trench
50 , 52 insulation layer
20 body zone
30 source zone
40 gate electrode
42 field plate
54 insulation layer
Claims (7)
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Applications Claiming Priority (1)
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| DE10124115A DE10124115A1 (en) | 2001-05-17 | 2001-05-17 | Semiconductor arrangement for switching inductive loads such as motor, has Schottky diode that is formed by Schottky contact between source electrode and drift zone of semiconductor surface |
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ID=7685189
Family Applications (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004040997B4 (en) * | 2003-08-27 | 2009-11-12 | Mitsubishi Denki K.K. | Insulated-layer transistor with built-in diode and inverter circuit with this transistor |
| WO2013057564A1 (en) * | 2011-10-18 | 2013-04-25 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Semiconductor device and method of producing the same |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5693569A (en) * | 1995-01-26 | 1997-12-02 | Fuji Electric Co., Ltd. | Method of forming silicon carbide trench mosfet with a schottky electrode |
| US6049108A (en) * | 1995-06-02 | 2000-04-11 | Siliconix Incorporated | Trench-gated MOSFET with bidirectional voltage clamping |
| US6118150A (en) * | 1996-04-01 | 2000-09-12 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Insulated gate semiconductor device and method of manufacturing the same |
-
2001
- 2001-05-17 DE DE10124115A patent/DE10124115A1/en not_active Ceased
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5693569A (en) * | 1995-01-26 | 1997-12-02 | Fuji Electric Co., Ltd. | Method of forming silicon carbide trench mosfet with a schottky electrode |
| US6049108A (en) * | 1995-06-02 | 2000-04-11 | Siliconix Incorporated | Trench-gated MOSFET with bidirectional voltage clamping |
| US6118150A (en) * | 1996-04-01 | 2000-09-12 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Insulated gate semiconductor device and method of manufacturing the same |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004040997B4 (en) * | 2003-08-27 | 2009-11-12 | Mitsubishi Denki K.K. | Insulated-layer transistor with built-in diode and inverter circuit with this transistor |
| US8008711B2 (en) | 2003-08-27 | 2011-08-30 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Insulated gate transistor incorporating diode |
| WO2013057564A1 (en) * | 2011-10-18 | 2013-04-25 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Semiconductor device and method of producing the same |
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