DE102005046757A1 - Power semiconductor component for use as e.g. insulated gate bipolar transistor, has semiconductor zone, where another semiconductor zone is arranged between former semiconductor zone and third semiconductor zone - Google Patents

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Abstract

The component has a free wheel structure and a drift zone (11). A body zone (12) is arranged between a source zone (13) and the drift zone. The structure is provided with a semiconductor zone (21) that is connected to a connector electrode (42). Another semiconductor zone (22) is arranged between the former zone and a third semiconductor zone (23). The third semiconductor zone is arranged between the zone (22) and the drift zone.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungshalbleiterbauelement mit einer IGBT-Struktur und einer Freilaufstruktur.The The present invention relates to a power semiconductor device with an IGBT structure and a freewheeling structure.

Bei einem IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) sind bekanntlich zwei pn-Übergänge vorhanden, ein erster pn-Übergang zwischen einer Driftzone des Bauelements und einer komplementär zu der Driftzone dotierten Bodyzone und ein zweiter pn-Übergang zwischen der Driftzone und einer komplementär zu der Driftzone dotierten Drainzone. Während eines Normalbetriebs eines solchen IGBT, der auch als Betrieb in Vorwärtsrichtung bezeichnet wird, ist der zweite pn-Übergang (zwischen Drain- und Driftzone) in Flussrichtung gepolt, während der erste pn-Übergang (zwischen Drift- und Bodyzone) in Sperrrichtung gepolt ist. Ein Stromfluss bei Betrieb in Vorwärtsrichtung kann bei diesem Bauelement dann fließen, wenn angesteuert durch eine Gate-Elektrode ein leitender Kanal in der Bodyzone zwischen der Driftzone und einer Sourcezone des Bauelements vorhanden ist. Die Bodyzone und die Sourcezone sind bei dem Leistungs-IGBT üblicherweise mittels einer die Sourcezone kontaktierenden Source-Elektrode kurzgeschlossen.at An IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) are known two pn junctions available, a first pn junction between a drift zone of the device and a complementary to the Driftzone doped body zone and a second pn junction between the drift zone and a doped complementary to the drift zone Drain region. While a normal operation of such an IGBT, which is also considered as operating in forward direction is the second pn junction (between drain and drift zone) in Flow direction poled while the first pn junction (between drift and body zone) is poled in the reverse direction. One Current flow when operating in forward direction can then flow in this device when driven by a gate electrode is a conductive channel in the bodyzone between the drift zone and a source zone of the device is present. The body zone and the source zone are common in the power IGBT short-circuited by means of a source electrode contacting the source zone.

Bei Betrieb eines IGBT in Rückwärtsrichtung ist der erste pn-Übergang zwischen der Bodyzone und der Driftzone in Flussrichtung gepolt, während der zweite pn-Übergang zwischen der Driftzone und der Drainzone in Sperrrichtung gepolt ist. Dieser zweite pn-Übergang verhindert – anders als bei einem MOSFET – einen Stromfluss durch das Bauelement bei Betrieb in Rückwärtsrichtung.at Operation of an IGBT in the reverse direction is the first pn junction poled in the flow direction between the body zone and the drift zone, during the second pn junction poled in the reverse direction between the drift zone and the drain zone is. This second pn junction prevented - different as with a MOSFET - one Current flow through the device when operating in the reverse direction.

Um einen Stromfluss durch einen IGBT auch in Rückwärtsrichtung zu ermöglichen, wurden bereits verschiedene Freilaufstrukturen bzw. Freilaufelemente vorgeschlagen:
Die DE 101 47 307 A1 beschreibt einen Leistungs-IGBT, der in einem Halbleiterkörper eine Driftzone sowie im Bereich einer Vorderseite des Halbleiterkörpers eine Anzahl Transistorzellen mit jeweils einer Bodyzone, einer Sourcezone und einer Gate-Elektrode aufweist. Zur Realisierung eines Freilaufelements ist bei diesem IGBT vorgesehen, im Randbereich des Halbleiterkörpers an der Vorderseite eine hochdotierte Halbleiterzone vorzusehen, die vom gleichen Leitungstyp wie die Driftzone ist, die jedoch höher dotiert ist. Diese hochdotierte Halbleiterzone bildet zusammen mit der Driftzone und der Bodyzone der IGBT-Struktur eine Freilaufdiode für einen Betrieb des IGBT in Rückwärtsrichtung.In order to enable a current flow through an IGBT also in the reverse direction, various freewheeling structures or freewheeling elements have already been proposed:
The DE 101 47 307 A1 describes a power IGBT having a drift zone in a semiconductor body and a number of transistor cells each having a body zone, a source zone and a gate electrode in the region of a front side of the semiconductor body. To realize a freewheeling element is provided in this IGBT to provide in the edge region of the semiconductor body at the front of a heavily doped semiconductor zone, which is of the same conductivity type as the drift zone, which is doped higher. This highly doped semiconductor zone forms, together with the drift zone and the body zone of the IGBT structure, a freewheeling diode for operation of the IGBT in the reverse direction.

Die DE 102 45 050 A1 beschreibt einen IGBT, bei dem der Drainzone eine Feldstoppzone vorgelagert ist, die vom gleichen Leitungstyp wie die Driftzone ist, die jedoch höher als die Driftzone dotiert ist. In die Drainzone sind hierbei abschnittsweise Halbleiterzonen eingebettet, die komplementär zu der Drainzone dotiert sind. Diese komplementär zu der Drainzone dotierten Halbleiterzonen bilden zusammen mit der Drainzone, der Feldstoppzone, der Driftzone und der Bodyzone des IGBT einen Thyristor, der zündet, wenn eine in Rückwärtsrichtung des IGBT anliegende Spannung die Zündspannung des Thyristors erreicht und der damit einen Stromfluss in Rückwärtsrichtung ermöglicht. Das Schaltverhalten dieses Thyristors ist hierbei maßgeblich von der Dotierung der Feldstoppzone und der Drainzone abhängig, wobei diese Dotierstoffkonzentrationen für einen Betrieb des IGBT in Vorwärtsrichtung optimiert sind.The DE 102 45 050 A1 describes an IGBT in which the drain zone is preceded by a field stop zone which is of the same conductivity type as the drift zone, but which is doped higher than the drift zone. Embedded in the drain zone in this case are semiconductor zones which are doped in a complementary manner to the drain zone. These complementary to the drain zone doped semiconductor zones together with the drain zone, the field stop zone, the drift zone and the body zone of the IGBT a thyristor, which ignites when a voltage applied in the reverse direction of the IGBT reaches the ignition voltage of the thyristor and thus allows a current flow in the reverse direction , The switching behavior of this thyristor here is significantly dependent on the doping of the field stop zone and the drain zone, these dopant concentrations are optimized for operation of the IGBT in the forward direction.

Ein Leistungshalbleiterbauelement mit einer IGBT-Struktur und einer als Freilaufelement dienenden Thyristorstruktur ist außerdem in der DE 103 14 604 A1 beschrieben.A power semiconductor device having an IGBT structure and serving as a freewheeling thyristor structure is also in the DE 103 14 604 A1 described.

Die DE 102 14 176 A1 beschreibt einen vertikalen Leistungs-IGBT, in dessen Driftzone beabstandet zu der Drain-Zone eine Feldstoppzone angeordnet ist, die vom gleichen Leitungstyp wie die Driftzone ist, die jedoch höher dotiert ist. Diese Feldstoppzone ist inselartig aufgebaut und umfasst eine Anzahl von Feldstoppzonenabschnitten, die in einer Richtung parallel zu der Drainzone des IGBT beabstandet zueinander angeordnet sind.The DE 102 14 176 A1 describes a vertical power IGBT in whose drift zone spaced from the drain region a field stop zone is arranged which is of the same conductivity type as the drift zone, but which is doped higher. This field stop zone is island-like and comprises a number of field stop zone sections spaced apart in a direction parallel to the drain zone of the IGBT.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Leistungshalbleiterbauelement mit einer IGBT-Struktur und einer Freilaufstruktur zur Verfügung zu stellen, bei der das Verhalten der Freilaufstruktur weitgehend unabhängig von der IGBT-Struktur einstellbar ist.aim The present invention is a power semiconductor device with an IGBT structure and a freewheeling structure too in which the behavior of the freewheel structure largely independent of the IGBT structure is adjustable.

Dieses Ziel wird durch ein Leistungshalbleiterbauelement nach Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This The aim is by a power semiconductor device according to claim 1 reached. Advantageous embodiments of the invention are the subject the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Leistungshalbleiterbauelement umfasst eine IGBT-Struktur und eine Freilaufstruktur. Die IGBT-Struktur umfasst in einem Halbleiterkörper eine Driftzone eines ersten Leitungstyps, eine Sourcezone des ersten Leitungstyps, die im Bereich einer ersten Seite des Halbleiterkörpers angeordnet ist, und eine zwischen der Sourcezone und der Driftzone angeordnete Bodyzone eines zweiten Leitungstyps. Eine Gate-Elektrode ist benachbart zu der Bodyzone angeordnet und mittels einer Dielektrikumsschicht gegenüber dem Halbleiterkörper isoliert. Die IGBT-Struktur umfasst außerdem eine Drainzone, die sich an die Driftzone anschließt und die im Bereich der zweiten Seite des Halbleiterkörpers angeordnet ist, eine erste Anschlusselektrode, die die Sourcezone und die Bodyzone kontaktiert und die Sourcezone und die Bodyzone dabei kurzschließt, sowie eine zweite Anschlusselektrode, die die Drainzone kontaktiert.The power semiconductor component according to the invention comprises an IGBT structure and a freewheeling structure. The IGBT structure comprises in a semiconductor body a drift zone of a first conduction type, a source zone of the first conduction type which is arranged in the region of a first side of the semiconductor body, and a body zone of a second conduction type arranged between the source zone and the drift zone. A gate electrode is arranged adjacent to the body zone and insulated from the semiconductor body by means of a dielectric layer. The IGBT structure also includes a drain zone that connects to the drift zone and that in the region of the second side of the semiconductor body is arranged, a first connection electrode which contacts the source zone and the body zone and thereby short-circuits the source zone and the body zone, and a second connection electrode which contacts the drain zone.

Die Freilaufstruktur umfasst eine erste Halbleiterzone des ersten Leitungstyps, eine zweite Halbleiterzone des zweiten Leitungstyps und eine dritte Halbleiterzone des ersten Leitungstyps. Hierbei ist die erste Halbleiterzone an die zweite Anschlusselektrode, die auch die Drainzone kontaktiert, angeschlossen und in Richtung der ersten Seite des Halbleiterkörpers beabstandet zu der zweiten Seite angeordnet. Die zweite Halbleiterzone der Freilaufstruktur ist dabei zwischen der ersten und dritten Halbleiterzone der Freilaufstruktur angeordnet und die dritte Halbleiterzone der Freilaufstruktur ist zwischen der zweiten Halbleiterzone der Freilaufstruktur und der Driftzone angeordnet.The Freewheeling structure comprises a first semiconductor zone of the first conductivity type, a second semiconductor region of the second conductivity type and a third semiconductor region of the first conductivity type. Here, the first semiconductor zone is on the second connection electrode, which also contacts the drain zone, connected and spaced in the direction of the first side of the semiconductor body arranged to the second side. The second semiconductor zone of the freewheeling structure is between the first and third semiconductor zone of the freewheeling structure arranged and the third semiconductor zone of the freewheeling structure between the second semiconductor region of the freewheeling structure and the drift zone arranged.

Die Freilaufstruktur mit der ersten, zweiten und dritten Halbleiterzone bildet mit der Driftzone und der Bodyzone der IGBT-Struktur einen Thyristor, der zündet, wenn bei Betrieb des Bauelements in Rückwärtsrichtung dessen Zündspannung erreicht ist. Die Eigenschaften dieses Thyristors sind hierbei über den Abstand der ersten Halbleiterzone zu der zweiten Seite des Halbleiterkörpers sowie über die Dotierungskonzentrationen der ersten, zweiten und dritten Halbleiterzone der Freilaufstruktur einstellbar. Die Eigenschaften dieses Thyristors sind damit weitgehend unabhängig von den Eigenschaften des IGBT einstellbar.The Freewheel structure with the first, second and third semiconductor zone forms one with the drift zone and the body zone of the IGBT structure Thyristor that ignites, when operating the device in the reverse direction of its ignition voltage is reached. The properties of this thyristor are here about the Distance of the first semiconductor zone to the second side of the semiconductor body and over the Doping concentrations of the first, second and third semiconductor zone the freewheel structure adjustable. The properties of this thyristor are thus largely independent adjustable by the properties of the IGBT.

Der Anschluss der ersten Halbleiterzone der Freilaufstruktur an die zweite Anschlusselektrode erfolgt beispielsweise mittels einer Anschlusselektrode, die sich ausgehend von der zweiten Seite des Halbleiterkörpers in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper hinein erstreckt und die mittels einer Isolationsschicht gegenüber der Driftzone der IGBT-Struktur isoliert ist.Of the Connection of the first semiconductor zone of the freewheeling structure to the second connection electrode, for example, by means of a connection electrode, the starting from the second side of the semiconductor body in vertical direction extends into the semiconductor body and the by means of an insulating layer opposite the drift zone of the IGBT structure is isolated.

Vorzugsweise sind bei dem erfindungsgemäßen Leistungshalbleiterbauelement mehrere Freilaufstrukturen vorhanden, die in einer lateralen Richtung des Halbleiterkörpers beabstandet zueinander angeordnet sind. Der gegenseitige Abstand dieser Freilaufstrukturen kann dabei insbesondere so gering gewählt werden, dass die dritten Halbleiterzonen der Freilaufstrukturen, die vom gleichen Leitungstyp wie die Driftzone, jedoch höher dotiert sind, nach Art einer Feldstoppzone wirken. Diese Feldstoppzone begrenzt bei sperrender IGBT-Struktur und Betrieb der IGBT-Struktur in Vorwärtsrichtung die Ausbreitung einer Raumladungszone in der Driftzone in Richtung der Drainzone. Die Funktionsweise einer solchen Feldstoppzone, die bekanntlich auch inselartig aufgebaut sein kann, ist hinlänglich bekannt. Hierzu wird beispielsweise auf die eingangs erwähnte DE 102 14 176 A1 verwiesen.In the power semiconductor component according to the invention, a plurality of free-wheel structures are preferably present, which are arranged at a distance from each other in a lateral direction of the semiconductor body. The mutual distance of these freewheel structures can be selected in particular so small that the third semiconductor zones of the freewheeling structures, which are doped higher of the same conductivity type as the drift zone, act in the manner of a field stop zone. This field stop zone limits the propagation of a space charge zone in the drift zone in the direction of the drain zone with blocking IGBT structure and operation of the IGBT structure in the forward direction. The operation of such a field stop zone, which can be known to be island-like, is well known. For this purpose, for example, the above-mentioned DE 102 14 176 A1 directed.

Ein Abstand der ersten Halbleiterzone der Freilaufstruktur zu der zweiten Seite des Halbleiterkörpers beträgt beispielsweise zwischen 5 μm und 10 μm.One Distance of the first semiconductor zone of the freewheeling structure to the second Side of the semiconductor body is for example, between 5 microns and 10 μm.

Die Drainzone der IGBT-Struktur kann in hinlänglich bekannter Weise eine komplementär zu der Driftzone dotierte Halbleiterzone sein. Bei einem n-Kanal-IGBT, bei dem die Driftzone n-dotiert ist, besteht außerdem die Möglichkeit, als Drainzone eine Schottky-Metall-Zone vorzusehen.The Drain zone of the IGBT structure can in a well-known manner a complementary be to the drift zone doped semiconductor zone. For an n-channel IGBT, in which the drift zone n-doped is, exists as well the possibility, to provide as a drain zone a Schottky metal zone.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.The The present invention will be explained in more detail below with reference to figures.

1 zeigt in Seitenansicht einen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper mit einer zellenartig aufgebauten IGBT-Struktur und einer in dem Halbleiterkörper integrierten Freilaufstruktur. 1 shows a side view of a cross section through a semiconductor body having a cell-like constructed IGBT structure and an integrated in the semiconductor body freewheeling structure.

2 zeigt ausschnittsweise einen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper zur Erläuterung einer weiteren Möglichkeit der Realisierung der IGBT-Struktur. 2 shows a detail of a cross section through a semiconductor body for explaining a further possibility of realizing the IGBT structure.

3 zeigt schematisch ein Kennlinienfeld des Halbleiterbauelements gemäß 1 3 schematically shows a family of characteristics of the semiconductor device according to 1

4 veranschaulicht ein Verfahren zur Herstellung der Freilaufstruktur anhand von Querschnitten durch einen Halbleiterkörper während verschiedener Verfahrensschritte. 4 illustrates a method for producing the freewheeling structure based on cross sections through a semiconductor body during various method steps.

In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Bauelementbereiche mit gleicher Bedeutung.In denote the figures, unless otherwise indicated, like reference numerals same component areas with the same meaning.

1 zeigt in Seitenansicht im Querschnitt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleiterbauelements, das eine IGBT-Struktur und eine Freilaufstruktur umfasst. 1 shows a side view in cross section of an embodiment of a power semiconductor device according to the invention, which comprises an IGBT structure and a freewheeling structure.

Das Halbleiterbauelement weist einen Halbleiterkörper 100 mit einer ersten Seite 101, die nachfolgend als Vorderseite bezeichnet wird, und einer zweiten Seite 102, die nachfolgend als Rückseite bezeichnet wird, auf. Die IGBT-Struktur umfasst in dem Halbleiterkörper eine Driftzone 11 eines ersten Leitungstyps und eine im Bereich der Vorderseite 101 angeordnete Sourcezone 13 des ersten Leitungstyps, sowie eine zwischen der Sourcezone 13 und der Driftzone 11 angeordnete, komplementär zu der Driftzone 11 und der Sourcezone 13 angeordnete Bodyzone 12. Die IGBT-Struktur ist zellenartig aufgebaut, d. h. es sind im Bereich der Vorderseite 101 eine Vielzahl gleichartig aufgebauter Strukturen mit jeweils einer Bodyzone 12 und einer Sourcezone 13 vorhanden. Zur Steuerung eines leitenden Kanals in der Bodyzone 12 zwischen der Sourcezone 13 und der Driftzone 11 ist eine Gate-Elektrode 31 vorhanden, die derart ausgestaltet ist, dass sie jeweils benachbart zu der Bodyzone 12 einer Zelle angeordnet ist und sich benachbart zu der Bodyzone 12 von der Sourcezone 13 bis zu der Driftzone 11 erstreckt. Die Gate-Elektrode 31 ist dabei mittels eines Gate-Dielektrikums gegenüber der Sourcezone 13, der Bodyzone 12 und der Driftzone 11 isoliert.The semiconductor component has a semiconductor body 100 with a first page 101 hereafter referred to as front side and a second side 102 , which will be referred to as a backside, on. The IGBT structure comprises a drift zone in the semiconductor body 11 a first type of line and one in the front area 101 arranged source zone 13 of the first conductivity type, and one between the source zone 13 and the drift zone 11 arranged, complementary to the drift zone 11 and the source zone 13 arranged bodyzone 12 , The IGBT structure is cell-like, ie it is in the area of the front side 101 a multitude of similarly structured structures, each with a body zone 12 and a source zone 13 available. To control a conductive channel in the body zone 12 between the source zone 13 and the drift zone 11 is a gate electrode 31 present, which is designed such that they each adjacent to the body zone 12 a cell is located and adjacent to the bodyzone 12 from the source zone 13 up to the drift zone 11 extends. The gate electrode 31 is by means of a gate dielectric with respect to the source zone 13 , the body zone 12 and the drift zone 11 isolated.

Das Zellenfeld mit den Sourcezonen 13, den Bodyzonen 12 und der Gate-Elektrode 31 weist in dem Beispiel gemäß 1 eine planare Struktur auf, die nach der Art eines üblichen Herstellverfahrens für eine solche Struktur auch als DMOS-Struktur (DMOS = Double Diffused Metal Oxide Semiconductor) bezeichnet wird, auf. Die Gate-Elektrode 31 ist hierbei als planare Elektrode realisiert, die oberhalb der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers angeordnet ist. Die Driftzone 11 erstreckt sich hierbei abschnittsweise bis an die Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers.The cell field with the source zones 13 , the body zones 12 and the gate electrode 31 indicates in the example according to 1 a planar structure, which is referred to as the type of a conventional manufacturing method for such a structure as a DMOS structure (DMOS = Double Diffused Metal Oxide Semiconductor), on. The gate electrode 31 is realized here as a planar electrode, which is above the front 101 the semiconductor body is arranged. The drift zone 11 this extends in sections to the front 101 of the semiconductor body.

Bezug nehmend auf 2 besteht alternativ auch die Möglichkeit, die Transistorzellen im Bereich der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers als sogenannte Trench-Zellen zu realisieren. Die Gate-Elektrode 31 ist hierbei in Gräben angeordnet, die sich ausgehend von der Vorderseite 101 in den Halbleiterkörper hinein erstrecken. Die Gate-Elektrode 31 erstreckt sich dabei in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 von den im Bereich der Vorderseite angeordneten Sourcezonen 13 durch die Bodyzonen 12 bis in die Driftzone 11.Referring to 2 Alternatively, it is also possible, the transistor cells in the front area 101 to realize the semiconductor body as so-called trench cells. The gate electrode 31 is arranged in trenches extending from the front 101 extend into the semiconductor body. The gate electrode 31 extends in the vertical direction of the semiconductor body 100 from the source zones arranged in the area of the front side 13 through the body zones 12 into the drift zone 11 ,

Sowohl bei der in 1 angeordneten planaren Zellenstruktur als auch bei der in 2 angeordneten Trench-Zellenstruktur ist eine erste Anschlusselektrode 41 vorhanden, die nachfolgend als Source-Elektrode bezeichnet ist. Diese Source-Elektrode kontaktiert, die Sourcezonen 13 und die Bodyzonen 12 und schließt diese miteinander kurz und ist durch eine Dielektrikumsschicht 33 gegenüber der Gate-Elektrode 31 isoliert. Bei der in 2 dargestellten Trench-Struktur weist diese Source-Elektrode 41 Elektrodenabschnitte 43 auf, die sich in vertikaler Richtung durch die Sourcezonen 13 bis in die Bodyzonen 12 erstrecken, um diese beiden Bauelementzonen zu kontaktieren und miteinander kurzzuschließen.Both at the in 1 arranged planar cell structure as well as in the 2 arranged trench cell structure is a first connection electrode 41 present, hereinafter referred to as source electrode. This source electrode contacts the source zones 13 and the body zones 12 and short these together and is through a dielectric layer 33 opposite the gate electrode 31 isolated. At the in 2 shown trench structure has this source electrode 41 electrode sections 43 on, extending in a vertical direction through the source zones 13 into the body zones 12 extend to contact these two component zones and short together.

Bezug nehmend auf 1 umfasst die IGBT-Struktur außerdem eine Drainzone 14, die im Bereich einer zweiten Seite 102 des Halbleiterkörpers 100, die nachfolgend als Rückseite bezeichnet wird, angeordnet ist und die sich an die Driftzone 11 anschließt. Die Drainzone 14 ist durch eine zweite Anschlusselektrode 42 kontaktiert, die nachfolgend als Drainelektrode bezeichnet ist.Referring to 1 The IGBT structure also includes a drain zone 14 in the area of a second page 102 of the semiconductor body 100 , hereinafter referred to as the back, is arranged and attached to the drift zone 11 followed. The drain zone 14 is through a second connection electrode 42 contacted, which is hereinafter referred to as drain electrode.

Optional besteht die Möglichkeit, dieser Drainzone 14 eine Feldstoppzone 15 vorzulagern, die vom gleichen Leitungstyp wie die Driftzone 11 ist, die jedoch höher als die Driftzone 11 dotiert ist.Optionally there is the possibility of this drain zone 14 a field stop zone 15 Pre-emit, which of the same conductivity type as the drift zone 11 which is higher than the drift zone 11 is doped.

Außerdem besteht optional die Möglichkeit, in der Driftzone 11 komplementär zu der Driftzone 11 dotierte Kompensationszonen 16 vorzusehen, die vorzugsweise über komplementär zu der Driftzone 11 dotierte Verbindungszonen 17 miteinander verbunden und an die Bodyzonen 12 angeschlossen sind. Die Verbindungszonen 17 besitzen dabei in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 100 geringere Abmessungen als die Kompensationszonen 16.There is also the option of being in the drift zone 11 complementary to the drift zone 11 doped compensation zones 16 to provide, preferably over complementary to the drift zone 11 doped connection zones 17 connected to each other and to the body zones 12 are connected. The connection zones 17 own in the lateral direction of the semiconductor body 100 smaller dimensions than the compensation zones 16 ,

Die Drainzone 14 kann eine komplementär zu der Driftzone 11 dotierte Halbleiterzone sein und dient dazu, bei leitend angesteuerter IGBT-Struktur Minoritätsladungsträger in die Driftzone 11 zu injizieren.The drain zone 14 can be a complement to the drift zone 11 be doped semiconductor zone and serves to conductively driven IGBT structure minority carrier in the drift zone 11 to inject.

In nicht näher dargestellter Weise besteht auch die Möglichkeit, bei einem n-Kanal-IGBT, bei dem die Driftzone 11 n-dotiert ist, als Drainzone eine Schottky-Metall-Zone vorzusehen, die bei leitend angesteuerter IGBT-Struktur Löcher als Minoritätsladungsträger in die Driftzone injiziert. Die Schottky-Metall-Zone kann hierbei gleichzeitig die zweite Anschlusselektrode bilden, so dass in diesem Fall die Drainzone und die zweite Anschlusselektrode durch eine einzige Zone, nämlich die Schottky-Metall-Zone gebildet ist. Selbstverständlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, neben der Schottky-Metall-Zone als Drainzone eine zusätzliche Elektrode als zweite Anschlusselektrode vorzusehen.In a manner not shown, there is also the possibility of an n-channel IGBT in which the drift zone 11 n-doped, as a drain zone to provide a Schottky-metal zone, which injects holes as a minority carrier in the drift zone at leitmittel driven IGBT structure. The Schottky metal zone may in this case simultaneously form the second connection electrode, so that in this case the drain zone and the second connection electrode are formed by a single zone, namely the Schottky metal zone. Of course, however, it is also possible to provide an additional electrode as a second connection electrode in addition to the Schottky metal zone as drain zone.

In dem Halbleiterkörper 100 ist außerdem eine Freilaufstruktur integriert, die einen Stromfluss bei Betrieb der IGBT-Struktur in Rückwärtsrichtung ermöglicht, was nachfolgend noch erläutert werden wird. Die Freilaufstruktur umfasst eine erste Halbleiterzone 21, die vom gleichen Leitungstyp wie die Driftzone 11 ist, die jedoch höher als die Driftzone 11 dotiert ist. Diese erste Halbleiterzone 21 ist mittels einer Anschlusselektrode 24 an eine Drainelektrode 42, die die Drainzone 14 kontaktiert, angeschlossen. Die erste Halbleiterzone 21 der Freilaufstruktur ist hierbei beabstandet zu der Rückseite 102 des Halbleiterkörpers 100 angeordnet. Die Anschlusselektrode 24 erstreckt sich in vertikaler Richtung ausgehend von der Rückseite 102, auf welche die Drainelektrode 42 aufgebracht ist, in den Halbleiterkörper hinein bis zu der ersten Halbleiterzone 21. Innerhalb des Halbleiterkörpers 100 kontaktiert die Anschlusselektrode 24 ausschließlich die erste Halbleiterzone 21 und ist im Übrigen mittels einer Isolationsschicht 25 gegenüber weiteren Bauelementzonen innerhalb des Halbleiterkörpers, insbesondere gegenüber der Driftzone 11, der Drainzone 14 und einer gegebenenfalls vorhandenen Feldstoppzone 15 isoliert.In the semiconductor body 100 Furthermore, a freewheeling structure is integrated, which allows a current flow in operation of the IGBT structure in the reverse direction, which will be explained below. The freewheeling structure comprises a first semiconductor zone 21 , which are of the same conductivity type as the drift zone 11 which is higher than the drift zone 11 is doped. This first semiconductor zone 21 is by means of a connection electrode 24 to a drain electrode 42 that the drain zone 14 contacted, connected. The first semiconductor zone 21 the freewheeling structure is in this case spaced from the rear side 102 of the semiconductor body 100 arranged. The connection electrode 24 extends in the vertical direction starting from the back 102 to which the drain electrode 42 is applied, in the semiconductor body into the first semiconductor zone 21 , Within the semiconductor body 100 contacts the connection electrode 24 excluding the first semiconductor zone 21 and by the way by means of an insulating layer 25 with respect to further component zones within the semiconductor body, in particular with respect to the drift zone 11 , the drain zone 14 and an optional field stop zone 15 isolated.

Die Freilaufstruktur umfasst außerdem eine komplementär zu der ersten Halbleiterzone 21 dotierte zweite Halbleiterzone 22 sowie eine komplementär zu der zweiten Halbleiterzone 22 dotierte dritte Halbleiterzone 23. Die zweite Halbleiterzone 22 ist dabei zwischen der ersten und der dritten Halbleiterzone 21, 23 angeordnet und die dritte Halbleiterzone 23 ist zwischen der zweiten Halbleiterzone 22 und der Driftzone 11 angeordnet. Die dritte Halbleiterzone 23 der Freilaufstruktur ist vom gleichen Leitungstyp wie die Driftzone 11 jedoch höher als die Driftzone 11 dotiert. In dem Beispiel umgibt die zweite Halbleiterzone 22 die erste Halbleiterzone 21 ringförmig und die dritte Halbleiterzone 23 umgibt die zweite Halb leiterzone 22 ringförmig. Die zweiten und dritten Halbleiterzonen 22, 23 reichen dabei jeweils bis an die Isolationsschicht 25 und sind durch diese Isolationsschicht 25 von der Anschlusselektrode 24 der ersten Halbleiterzone 21 isoliert.The freewheeling structure also includes a complementary to the first semiconductor zone 21 doped second semiconductor zone 22 and one complementary to the second semiconductor zone 22 doped third semiconductor zone 23 , The second semiconductor zone 22 is between the first and the third semiconductor zone 21 . 23 arranged and the third semiconductor zone 23 is between the second semiconductor zone 22 and the drift zone 11 arranged. The third semiconductor zone 23 the freewheeling structure is of the same conductivity type as the drift zone 11 but higher than the drift zone 11 doped. In the example, the second semiconductor zone surrounds 22 the first semiconductor zone 21 annular and the third semiconductor zone 23 surrounds the second semi-conductor zone 22 annular. The second and third semiconductor zones 22 . 23 in each case extend to the insulation layer 25 and are through this isolation layer 25 from the connection electrode 24 the first semiconductor zone 21 isolated.

Die dargestellte Freilaufstruktur mit der ersten, zweiten und dritten Halbleiterzone 21, 22, 23 bildet mit der Driftzone 11 und der Bodyzone 12 der IGBT-Struktur einen Thyristor, dessen Schaltsymbol in 1 schematisch eingezeichnet ist. Das Schaltsymbol der IGBT-Struktur ist in 1 ebenfalls dargestellt.The illustrated freewheeling structure with the first, second and third semiconductor zone 21 . 22 . 23 forms with the drift zone 11 and the bodyzone 12 the IGBT structure is a thyristor whose switching symbol is in 1 is shown schematically. The symbol of the IGBT structure is in 1 also shown.

Die Funktionsweise des in 1 dargestellten Leistungshalbleiterbauelementes wird nachfolgend erläutert. Für die Erläuterung wird angenommen, dass es sich bei der IGBT-Struktur um die IGBT-Struktur eines n-Kanal-IGBT handelt. Die Driftzone 11 und die Sourcezone 13 sind bei diesem Bauelement n-dotiert, während die Bodyzone 12 und die Drainzone 14 p-dotiert sind. Die erste und dritte Halbleiterzone 21, 23 der Freilaufstruktur sind in diesem Fall ebenfalls n-dotiert, während die zweite Halbleiterzone 22 p-dotiert ist.The functioning of the in 1 illustrated power semiconductor device will be explained below. For explanation, it is assumed that the IGBT structure is the IGBT structure of an n-channel IGBT. The drift zone 11 and the source zone 13 are n-doped in this device, while the body zone 12 and the drainage zone 14 p-doped. The first and third semiconductor zone 21 . 23 the freewheeling structure are also n-doped in this case, while the second semiconductor zone 22 p-doped.

Dieses Bauelement wird in Vorwärtsrichtung betrieben, wenn eine positive Spannung zwischen dem schematisch dargestellten, die Drain-Elektrode 42 kontaktierenden Drain-Anschluss D und dem ebenfalls schematisch dargestellten, die Source-Elektrode 41 kontaktierenden Source-Anschluss S angelegt wird. Der pn-Übergang zwischen der Drainzone 14 und der Driftzone 11 ist in diesem Fall in Durchlassrichtung gepolt, während der pn-Übergang zwischen der Bodyzone 12 und der Driftzone 11 in Sperrrichtung gepolt ist. Ein Strom zwischen Drain und Source fließt im Vorwärtsbetrieb dann, wenn die Gate-Elektrode 31 derart angesteuert ist, dass sich in der Bodyzone 12 zwischen der Sourcezone 13 und der Driftzone 11 ein Inversionskanal ausbildet.This device is operated in the forward direction when a positive voltage between the schematically illustrated, the drain electrode 42 contacting drain terminal D and also shown schematically, the source electrode 41 contacting source terminal S is applied. The pn junction between the drain zone 14 and the drift zone 11 is in this case forward biased while the pn junction is between the bodyzone 12 and the drift zone 11 is poled in the reverse direction. A current between drain and source flows in forward operation when the gate electrode 31 is driven so that in the body zone 12 between the source zone 13 and the drift zone 11 forms an inversion channel.

Das Bauelement wird in Rückwärtsrichtung betrieben, wenn eine negative Spannung zwischen Drain D und Source S bzw. eine positive Spannung zwischen Source S und Drain D anliegt. Der pn-Übergang zwischen der Bodyzone 12 und der Driftzone 11 ist in diesem Fall in Flussrichtung gepolt, während der pn-Übergang zwischen der Drainzone 14 und der Driftzone 11 in Sperrrichtung gepolt ist. Ein Strom fließt in Rückwärtsrichtung dann, wenn die in Rückwärtsrichtung anliegende Spannung die Zündspannung des Thyristors erreicht, der durch die Freilaufstruktur, die Driftzone 11 und die Bodyzone 12 gebildet ist. Der Strom in Rückwärtsrichtung fließt hierbei über die Body-Zone 12, die Driftzone 11, sowie die dritte, zweite und erste Halbleiterzone 23, 22, 21. Die Bodyzone 12 bildet in dem dargestellten Beispiel den p-Emitter des Thyristors, die Driftzone 11 und die dritte Halbleiterzone 23 der Freilaufstruktur bilden dessen n-Basis, die zweite Halbleiterzone 22 bildet die p-Basis und die erste Halbleiterzone 21 bildet den n-Emitter dieses Thyristors.The device is operated in the reverse direction when a negative voltage between the drain D and source S and a positive voltage between source S and drain D is applied. The pn junction between the bodyzone 12 and the drift zone 11 is in this case poled in the flow direction, while the pn junction between the drain zone 14 and the drift zone 11 is poled in the reverse direction. A current flows in the reverse direction when the voltage applied in the reverse direction reaches the ignition voltage of the thyristor passing through the freewheeling structure, the drift zone 11 and the bodyzone 12 is formed. The reverse current flows through the body zone 12 , the drift zone 11 , as well as the third, second and first semiconductor zone 23 . 22 . 21 , The body zone 12 forms in the illustrated example the p-emitter of the thyristor, the drift zone 11 and the third semiconductor zone 23 the freewheeling structure form its n-base, the second semiconductor zone 22 forms the p-base and the first semiconductor zone 21 forms the n-emitter of this thyristor.

Die Funktionsweise des dargestellten Bauelements wird insbesondere auch anhand des in 3 dargestellten Kennlinienfeldes deutlich. Aufgetragen sind in 3 der Drain-Source-Strom Ids abhängig von der Drain-Source-Spannung Vds. Im ersten Quadranten dieses Kennlinienfeldes ist der Drain-Source-Strom Ids für positive Drain-Source-Spannung Vds aufgetragen. Das Kennlinienfeld in diesem ersten Quadranten veranschaulicht das Verhalten des Bauelements bei Betrieb in Vorwärtsrichtung, das dem üblichen Verhalten eines IGBT entspricht. Schematisch dargestellt sind hierbei Signalverläufe für unterschiedliche Gate-Source-Spannung Vgs.The operation of the illustrated device is in particular also based on the in 3 shown characteristic field clearly. Placed in 3 the drain-source current Ids depending on the drain-source voltage Vds. In the first quadrant of this family of characteristics, the drain-source current Ids for positive drain-source voltage Vds is plotted. The characteristic field in this first quadrant illustrates the behavior of the device in the forward direction, which corresponds to the usual behavior of an IGBT. Shown here are signal curves for different gate-source voltage Vgs.

Der dritte Quadrant des Kennlinienfeldes, in dem der Drain-Source-Strom für negative Drain-Source-Spannungen Vds aufgetragen ist, veranschaulicht das Verhalten des Bauelements bei Betrieb in Rückwärtsrichtung. Dieses Verhalten ist hysteresebehaftet. Nimmt der Betrag der Rückwärtsspannung, d. h. einer negativen Drain-Source-Spannung, ausgehend von Null zu, so ist ein in Rückwärtsrichtung fließender Strom, also ein negativer Drain-Source-Strom, zunächst Null, bis eine Zündspannung Vz des Thyristors erreicht ist. Der Thyristor zündet bei Erreichen dieser Zündspannung Vz. Der weitere Verlauf des Rückwärtsstromes nach Zünden des Thyristors entspricht im Wesentlichen dem Verlauf einer in Vorwärtsrichtung gepolten Diode.Of the third quadrant of the characteristic field in which the drain-source current for negative drain-source voltages Vds is illustrated, illustrates the behavior of the device when operating in reverse direction. This behavior is hysteresis. Takes the amount of reverse voltage, d. H. a negative drain-source voltage, starting from zero too, so is one in reverse direction flowing Current, ie a negative drain-source current, initially zero, to an ignition voltage Vz of the thyristor is reached. The thyristor ignites when this ignition voltage is reached Vz. The further course of the reverse current after ignition of the Thyristors essentially corresponds to the course of a forward direction polarized diode.

Das erfindungsgemäße Leistungshalbleiterbauelement verhält sich Bezug nehmend auf 3 bei Betrieb in Vorwärtsrichtung wie ein herkömmlicher IGBT und verhält sich bei Betrieb in Rückwärtsrichtung wie ein Thyristor. Die Thyristoreigenschaften sind bei diesem Bauelement weitgehend unabhängig von den Eigenschaften des IGBT einstellbar, da die ersten, zweiten und dritten Halbleiterzonen 21, 22, 23 der Freilaufstruktur, die Teil des Thyristors ist, in Bezug auf die Thyristoreigenschaften optimierbar sind, ohne die Eigenschaften des IGBT wesentlich zu beeinflussen. Die Thyristoreigenschaften lassen sich insbesondere über den Abstand der ersten Halbleiterzone 21 und damit auch der zweiten und dritten Halbleiterzone 22, 23 von der Rückseite 102 des Halbleiterkörpers sowie über die Dotierungskonzentrationen dieser Halbleiterzonen 21–23 einstellen.The power semiconductor device according to the invention behaves with reference to 3 when operating in the forward direction like a conventional IGBT and behaves like a thyristor when operating in the reverse direction. The thyristor properties are largely independent of the properties of the IGBT adjustable in this device, since the first, second and third semiconductor zones 21 . 22 . 23 the freewheeling structure, which is part of the thyristor, can be optimized with regard to the thyristor properties, without substantially influencing the properties of the IGBT. The thyristor properties can in particular be determined by the distance of the first semiconductor zone 21 and thus also the second and third semiconductor zone 22 . 23 from the back 102 of the semiconductor body and the doping concentrations of these semiconductor zones 21 - 23 to adjust.

Die Freilaufstrukturen können unabhängig von der Positionierung der Transistorzellen, die im Bereich der Vorderseite 101 angeordnet sind, im Bereich der Rückseite 102 des Halbleiterkörpers realisiert werden. Hierbei besteht die Möglichkeit, unterhalb jeder Transistorzelle eine Freilaufstruktur anzuordnen, wobei die Freilaufstrukturen in lateraler Richtung zentriert unterhalb jeder Transistorzelle jedoch auch in lateraler Richtung versetzt zu diesen Transistorzellen angeordnet sein können. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Anzahl und Anordnung der Freilaufstrukturen völlig unabhängig von der Transistorzellenanordnung zu realisieren. Insbesondere besteht die Möglichkeit, einen lateralen Abstand zwischen den Freilaufstrukturen so gering zu wählen, dass die dritten Halbleiterzonen 23 der Freilaufstrukturen nach Art einer inselhaft realisierten Feldstoppzone funktionieren, die beispielsweise aus der eingangs erläuterten DE 102 14 176 A1 bekannt ist.The freewheel structures can be independent of the positioning of the transistor cells, which are in the area of the front 101 are arranged in the area of the back 102 the semiconductor body can be realized. In this case, it is possible to arrange a freewheeling structure below each transistor cell, wherein the freewheeling structures may be arranged in the lateral direction centered below each transistor cell but also offset laterally relative to these transistor cells. In addition, it is possible to realize the number and arrangement of the freewheel structures completely independent of the transistor cell arrangement. In particular, it is possible to choose a lateral distance between the freewheeling structures so small that the third semiconductor zones 23 the freewheel structures in the manner of an island realized field stop zone work, for example, from the above-explained DE 102 14 176 A1 is known.

Ein Verfahren zur Herstellung der Freilaufstrukturen wird nachfolgend anhand einzelner Verfahrensschritte in den 4A bis 4D erläutert. Das Verfahren wird hierbei anhand der Herstellung einer Freilaufstruktur erläutert.A method for producing the freewheel structures is described below with reference to individual method steps in FIGS 4A to 4D explained. The method is explained here with reference to the production of a freewheeling structure.

Bezug nehmend auf 4A wird während erster Verfahrensschritte ein Graben 103 hergestellt, der sich ausgehend von der Rückseite 102 in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper 100 hinein erstreckt. Die Herstellung dieses Grabens 103 erfolgt beispielsweise unter Verwendung einer Ätzmaske 201, die auf die Rückseite 102 aufgebracht wird und die den Halbleiterkörper 100 abschnittsweise frei lässt, und unter Anwendung eines anisotropen Ätzverfahrens, durch welches der Graben an freiliegenden Bereichen der Rückseite 102 in den Halbleiterkörper 100 geätzt wird.Referring to 4A becomes a trench during first process steps 103 made, starting from the back 102 in the vertical direction in the semiconductor body 100 extends into it. The making of this trench 103 for example, using an etching mask 201 on the back 102 is applied and the semiconductor body 100 sections, and using an anisotropic etching process, through which the trench at exposed areas of the back 102 in the semiconductor body 100 is etched.

Während nachfolgender Verfahrensschritte, die im Ergebnis in 4B dargestellt sind, wird eine Isolationsschicht 25 an Seitenwänden des zuvor hergestellten Grabens 103 hergestellt. Die Herstellung dieser Isolationsschicht 25 erfolgt beispielsweise dadurch, dass eine Isolationsschicht 25', die in 4B gestrichelt dargestellt ist, zunächst ganzflächig auf der Rückseite 102 des Halbleiterkörpers 100, sowie an den Seitenwänden und am Boden des Grabens 103 hergestellt wird, und dass diese Isolationsschicht anschließend mittels eines anisotropen Ätzverfahrens zurückgeätzt wird, wodurch lediglich die Isolationsschicht 25 an den Seitenwänden des Grabens 103 verbleibt. Die zunächst ganzflächig hergestellte Isolationsschicht ist beispielsweise eine Oxidschicht, die durch thermische Oxidation des Halbleiterkörpers oder durch Abscheiden einer Oxidschicht, beispielsweise TEOS (Tetraethoxysilan) hergestellt werden kann.During subsequent process steps that result in 4B are shown, an insulation layer 25 on sidewalls of the previously made trench 103 produced. The production of this insulation layer 25 takes place, for example, in that an insulation layer 25 ' , in the 4B dashed lines, initially over the entire surface on the back 102 of the semiconductor body 100 , as well as on the side walls and at the bottom of the trench 103 and that this insulating layer is subsequently etched back by means of an anisotropic etching process, whereby only the insulating layer 25 on the side walls of the trench 103 remains. The insulation layer initially produced over the entire surface is, for example, an oxide layer which can be produced by thermal oxidation of the semiconductor body or by deposition of an oxide layer, for example TEOS (tetraethoxysilane).

4C zeigt den Halbleiterkörper 100 ausschnittsweise nach weiteren Verfahrensschritten, bei denen die erste, zweite und dritte Halbleiterzone 21-23 der Freilaufstruktur hergestellt wird. Das Herstellen dieser Halbleiterzonen erfolgt durch Einbringen von Dotierstoffatomen über den Boden des Grabens 103 in den Halbleiterkörper 100. Hierzu werden beispielsweise Dotierstoffatome über den Boden des Grabens 103 in den Halbleiterkörper 100 implantiert und anschließend mittels eines Temperaturschrittes, bei dem der Halbleiterkörper auf eine Diffusionstemperatur aufgeheizt wird, weiter eindiffundiert. Die Diffusionsdauer zur Eindiffusion der Dotierstoffatome der ersten, zweiten und dritten Halbleiterzone 21, 22, 23 unterscheiden sich dabei, um diese Dotierstoffatome unterschiedlich weit in den Halbleiterkörper 100 einzudiffundieren, und um dadurch unterschiedliche Abmessungen der einzelnen Halbleiterzonen 21, 22, 23 zu erreichen. Zur Herstellung der dritten Halbleiterzone 23 wird die längste Diffusionsdauer eingestellt, gefolgt von der Diffusionsdauer zur Herstellung der zweiten Halbleiterzone 22 und der Diffusionsdauer zur Herstellung der ersten Halbleiterzone 21. Zur Herstellung der ersten Halbleiterzone 21 kann die Implantation der Dotierstoffatome genügen, ohne dass in nennenswertem Umfang eine Diffusion erfolgen muss. In bekannter Weise schließt sich auch an diesen Implantationsschritt jedoch ein kurzer Temperaturschritt an, durch welchen Bestrahlungsschäden ausgeheilt werden und durch welchen die implantierten Dotierstoffatome aktiviert werden. 4C shows the semiconductor body 100 in sections after further process steps, in which the first, second and third semiconductor zone 21-23 the freewheeling structure is produced. The production of these semiconductor zones takes place by introducing dopant atoms over the bottom of the trench 103 in the semiconductor body 100 , For this purpose, for example, dopant atoms on the bottom of the trench 103 in the semiconductor body 100 implanted and then further diffused by means of a temperature step in which the semiconductor body is heated to a diffusion temperature. The diffusion duration for the diffusion of the dopant atoms of the first, second and third semiconductor zone 21 . 22 . 23 differ in this case, these dopant atoms different distances in the semiconductor body 100 Diffuse diffuse, and thereby different dimensions of the individual semiconductor zones 21 . 22 . 23 to reach. For the production of the third semiconductor zone 23 For example, the longest diffusion period is set, followed by the diffusion period for producing the second semiconductor zone 22 and the diffusion time for producing the first semiconductor region 21 , For producing the first semiconductor zone 21 For example, the implantation of the dopant atoms can be sufficient without a diffusion having to occur to any appreciable extent. However, in a known manner, this implantation step is followed by a short temperature step, by which irradiation damage is cured and by which the implanted dopant atoms are activated.

Bezug nehmend auf 4D wird anschließend die Anschlusselektrode 24 in dem Graben 103 hergestellt, indem der Graben mit einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise dotiertem Polysilizium aufgefüllt wird.Referring to 4D then becomes the connection electrode 24 in the ditch 103 produced by the trench is filled with an electrically conductive material, such as doped polysilicon.

Wie in 4D schematisch dargestellt ist, können die Verfahrensschritte zur Herstellung der Freilaufstruktur erfolgen, bevor die grundsätzlich bekannten, und daher nicht wei ter erläuterten Verfahrensschritte zur Herstellung der Zellenstruktur im Bereich der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers durchgeführt werden. Die Drainzone (14 in 1) wird beispielsweise erst dann hergestellt, nachdem die Zellenstruktur im Bereich der Vorderseite des Halbleiterkörpers 101 hergestellt wurde. Die Herstellung dieser Drainzone 14 erfolgt beispielsweise durch Implantation von Dotierstoffatomen über die Rückseite 102 des Halbleiterkörpers 100. Vor Herstellung dieser Drainzone 14 besteht in grundsätzlich bekannter Weise die Möglichkeit, den Halbleiterkörper 100 ausgehend von der Rückseite 102 teilweise abzutragen, beispielsweise durch Schleifen oder Ätzen, um dadurch die Abmessungen der Draftzone 11 in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 einzustellen. Durch diesen Abtragungsprozess wird ein Teil der zuvor hergestellten Anschlusselektrode 24 und der sie umgebenden Isolationsschicht 25 wieder entfernt. Die Herstellung der Freilaufstruktur erfolgt jedoch derart, dass nach Durchführung eines solchen Abtragungsprozesses die erste Halbleiterzone 21 der Freilaufstruktur noch beabstandet zu der Rückseite 102 des dann gedünnten Halbleiterkörpers 100 angeordnet ist.As in 4D is shown schematically, the process steps for the preparation of the freewheel structure can be carried out before the principle known, and therefore not wei ter explained method steps for the preparation of the cell structure in the region of the front 101 of the semiconductor body. The drain zone ( 14 in 1 ) is produced, for example, only after the cell structure in the region of the front side of the semiconductor body 101 was produced. The production of this drainage zone 14 for example, by implantation of dopant atoms on the back 102 of the semiconductor body 100 , Previously position of this drain zone 14 exists in a basically known way the possibility of the semiconductor body 100 starting from the back 102 partially ablate, for example by grinding or etching, thereby reducing the dimensions of the draft zone 11 in the vertical direction of the semiconductor body 100 adjust. This ablation process becomes part of the previously prepared terminal electrode 24 and the surrounding insulation layer 25 removed again. However, the production of the freewheeling structure takes place in such a way that after carrying out such an ablation process, the first semiconductor zone 21 the freewheel structure still spaced to the back 102 of the then thinned semiconductor body 100 is arranged.

1111
Driftzonedrift region
1212
BodyzoneBody zone
1313
Sourcezonesource zone
1414
Drainzonedrain region
1515
FeldstoppzoneField stop zone
1616
Kompensationszonecompensation zone
1717
Verbindungszoneconnecting zone
21, 22, 2321 22, 23
Halbleiterzonen einer FreilaufstrukturSemiconductor zones a freewheeling structure
25'25 '
Isolationsschichtinsulation layer
3131
Gate-ElektrodeGate electrode
3232
Gate-DielektrikumGate dielectric
3333
Gate-IsolationGate insulation
4141
erste Anschlusselektrode, Source-Elektrodefirst Connection electrode, source electrode
4242
zweite Anschlusselektrode, Drain-Elektrodesecond Connection electrode, drain electrode
100100
HalbleiterkörperSemiconductor body
101101
Vorderseite des Halbleiterkörpersfront of the semiconductor body
102102
Rückseite des Halbleiterkörpersback of the semiconductor body
103103
Aussparung des Halbleiterkörpersrecess of the semiconductor body
DD
Drain-AnschlussDrain
GG
Gate-AnschlussGate terminal
SS
Source-AnschlussSource terminal

Claims (9)

Leistungshalbleiterbauelement, das folgende Merkmale aufweist: – einen Halbleiterkörper (100) mit einer ersten und einer zweiten Seite (101, 102), einer Driftzone (11) eines ersten Leitungstyps, einer Sourcezone (13) des ersten Leitungstyps, die im Bereich der ersten Seite (101) angeordnet ist, und einer zwischen der Sourcezone (13) und der Driftzone (11) angeordneten Bodyzone (12) eines zweiten Leitungstyps, – eine Gateelektrode (31), die benachbart zu der Bodyzone (12) angeordnet ist und die mittels einer Dielektrikumsschicht (32) gegenüber dem Halbleiterkörper (100) isoliert ist, – eine Drainzone (14), die sich an die Driftzone (11) anschließt und die im Bereich der zweiten Seite (102) des Halbleiterkörpers (100) angeordnet ist, – eine erste Anschlusselektrode (41), die die Sourcezone (13) und die Bodyzone (12) kontaktiert, und eine zweite Anschlusselektrode (42), die die Drainzone (14) kontaktiert, – wenigstens ein Freilaufstruktur mit einer ersten Halbleiterzone (21) des ersten Leitungstyps, einer zweiten Halbleiterzone (22) des zweiten Leitungstyps und einer dritten Halbleiterzone (23) des ersten Leitungstyps, wobei die erste Halbleiterzone (21) an die zweite Anschlusselektrode (42) angeschlossen ist und in Richtung der ersten Seite (101) des Halbleiterkörpers (100) beabstandet zu der zweiten Seite (102) angeordnet ist und wobei die zweite Halbleiterzone (22) zwischen der ersten und der dritten Halbleiterzone (21, 23) angeordnet ist und die dritte Halbleiterzone (23) zwischen der zweiten Halbleiterzone (22) und der Driftzone (11) und angeordnet ist.Power semiconductor component, comprising: a semiconductor body ( 100 ) with a first and a second page ( 101 . 102 ), a drift zone ( 11 ) of a first conductivity type, a source zone ( 13 ) of the first conductivity type, which in the region of the first side ( 101 ) and one between the source zone ( 13 ) and the drift zone ( 11 ) arranged body zone ( 12 ) of a second conductivity type, - a gate electrode ( 31 ), which are adjacent to the body zone ( 12 ) is arranged and by means of a dielectric layer ( 32 ) relative to the semiconductor body ( 100 ), - a drain zone ( 14 ), which adhere to the drift zone ( 11 ) and in the area of the second page ( 102 ) of the semiconductor body ( 100 ), - a first connection electrode ( 41 ), which is the source zone ( 13 ) and the body zone ( 12 ), and a second connection electrode ( 42 ), the drain zone ( 14 ), - at least one freewheeling structure having a first semiconductor zone ( 21 ) of the first conductivity type, a second semiconductor region ( 22 ) of the second conductivity type and a third semiconductor region ( 23 ) of the first conductivity type, wherein the first semiconductor zone ( 21 ) to the second connection electrode ( 42 ) and in the direction of the first page ( 101 ) of the semiconductor body ( 100 ) spaced to the second side ( 102 ) and wherein the second semiconductor zone ( 22 ) between the first and the third semiconductor zone ( 21 . 23 ) and the third semiconductor zone ( 23 ) between the second semiconductor zone ( 22 ) and the drift zone ( 11 ) and is arranged. Leistungshalbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem die erste Halbleiterzone (21) beabstandet zu der Drainzone (14) angeordnet ist.Power semiconductor component according to Claim 1, in which the first semiconductor zone ( 21 ) spaced from the drain zone ( 14 ) is arranged. Leistungshalbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Freilaufstruktur eine Anschlusselektrode (24) aufweist, die sich ausgehend von der zweiten Seite (102) des Halbleiterkörpers (100) in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper (100) hinein erstreckt, die die erste Halbleiterzone (21) kontaktiert und die mittels einer Isolationsschicht (25) gegenüber der Driftzone (11) isoliert ist.Power semiconductor component according to Claim 1 or 2, in which the freewheeling structure comprises a connection electrode ( 24 ) extending from the second side ( 102 ) of the semiconductor body ( 100 ) in the vertical direction in the semiconductor body ( 100 ) extending into the first semiconductor zone ( 21 ) and by means of an insulating layer ( 25 ) opposite the drift zone ( 11 ) is isolated. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem mehrere Freilaufstrukturen vorhanden sind, die in einer lateralen Richtung des Halbleiterkörpers (100) beabstandet zueinander angeordnet sind.Power semiconductor component according to one of claims 1 to 3, in which a plurality of free-wheeling structures are present, which are arranged in a lateral direction of the semiconductor body ( 100 ) are arranged spaced from each other. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem ein Abstand der ersten Halbleiterzone (21) zu der zweiten Seite (102) zwischen 5 μm und 10 μm beträgt.Power semiconductor component according to one of the preceding claims, in which a distance of the first semiconductor zone ( 21 ) to the second page ( 102 ) is between 5 μm and 10 μm. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Drainzone (14) eine komplementär zu der Driftzone (11) dotierte Halbleiterzone ist.Power semiconductor component according to one of the preceding claims, in which the drain zone ( 14 ) one complementary to the drift zone ( 11 ) is doped semiconductor zone. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Drainzone eine Schottky-Metall-Zone ist.Power semiconductor component according to one of claims 1 to 5, in which the drain zone is a Schottky metal zone. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem wenigstens eine Kompensationszone (16) des zweiten Leitungstyps in der Driftzone (11) angeordnet ist.Power semiconductor component according to one of the preceding claims, in which at least one compensation zone ( 16 ) of the second conductivity type in the drift zone ( 11 ) is arranged. Leistungshalbleiterbauelement nach Anspruch 8, bei dem die wenigstens eine Kompensationszone (16) über eine Halbleiterzone (17) des zweiten Leitungstyps an die Bodyzone angeschlossen ist.Power semiconductor component according to Claim 8, in which the at least one compensation zone ( 16 ) over a semiconductor zone ( 17 ) of the second lei is connected to the body zone.
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