Die vorliegende Erfindung betrifft einen Leistungs-IGBT.The present invention relates to a power IGBT.
Leistungs-IGBTs sind hinlänglich bekannt und beispielsweise n Stengl, Tihanyi: ”Leistungs-MOS-FET-Praxis”, Pflaum Verlag, München, 1992, Seiten 101–104 oder in Baliga: ”Power Semiconductor Devices”, PWS Publishing, 1995, Seiten 428–431, beschrieben.Performance IGBTs are well known and, for example, n Stengl, Tihanyi: "Performance MOS-FET Practice", Pflaum Verlag, Munich, 1992, pages 101-104 or in Baliga: "Power Semiconductor Devices", PWS Publishing, 1995, pages 428-431.
1 zeigt ausschnittsweise einen Querschnitt durch einen vertikalen Leistungs-IGBT. Dieser IGBT umfasst einen Halbleiterkörper 100 mit einer Emitterzone 11, die bei dem Bauelement gemäß 1 im Bereich einer Rückseite des Halbleiterkörpers 100 angeordnet ist. Diese Emitterzone 11 wird bei einem IGBT auch als Kollektor bezeichnet. An die Emitterzone 11 schließt sich eine Driftzone 12 an, die komplementär zu der Emitterzone 11 dotiert ist. Im Bereich einer der Rückseite gegenüberliegenden Vorderseite des Halbleiterkörpers 100 ist ein Zellenfeld mit einer Anzahl gleichartig aufgebauter Transistorzellen vorhanden. Jede dieser Transistorzellen umfasst eine Sourcezone 15 sowie eine zwischen der Sourcezone 15 und der Driftzone 12 angeordnete Bodyzone 14, wobei die Bodyzone 14 komplementär zu der Sourcezone 15 und der Driftzone 12 dotiert ist. 1 shows a detail of a cross section through a vertical power IGBT. This IGBT comprises a semiconductor body 100 with an emitter zone 11 , which in the device according to 1 in the region of a rear side of the semiconductor body 100 is arranged. This emitter zone 11 is also called a collector in an IGBT. To the emitter zone 11 closes a drift zone 12 which is complementary to the emitter zone 11 is doped. In the area of an opposite front side of the semiconductor body 100 there is a cell array with a number of identically constructed transistor cells. Each of these transistor cells comprises a source zone 15 and one between the source zone 15 and the drift zone 12 arranged bodyzone 14 , where the body zone 14 complementary to the source zone 15 and the drift zone 12 is doped.
Zur Steuerung eines leitenden Kanals bzw. eines Inversionskanals in der Bodyzone 14 zwischen der Driftzone 12 und der Sourcezone 15 ist eine Gateelektrode 16 vorhanden, die benachbart zu der Sourcezone 15 und der Bodyzone 14 angeordnet ist und die gegenüber dem Halbleiterkörper durch eine Gate-Isolationsschicht 17 isoliert ist. Die Bodyzonen 14 sind beabstandet zueinander in der Driftzone 12 angeordnet und besitzen in einer senkrecht zu der in 1 dargestellten Zeichenebene verlaufenden Ebene beispielsweise einen rechteckförmigen oder sechseckförmigen Querschnitt. Die Gateelektrode 16 ist in dieser Ebene gitterartig ausgebildet, wie dies beispielsweise in Stengl, Tihanyi, a. a. O., Seite 33, beschrieben ist, und weist Aussparungen auf, über welche eine Anschlusselektrode 18 die Sourcezonen 15 und Bodyzonen 14 der einzelnen Transistorzellen kontaktiert und diese Zonen 14, 15 dadurch kurzschließt. Die Gateelektrode 16 ist dabei mittels einer weiteren Isolationsschicht 19 gegenüber dieser Anschlusselektrode 18 isoliert.For controlling a conductive channel or an inversion channel in the body zone 14 between the drift zone 12 and the source zone 15 is a gate electrode 16 present adjacent to the source zone 15 and the bodyzone 14 is arranged and the opposite to the semiconductor body by a gate insulating layer 17 is isolated. The body zones 14 are spaced from each other in the drift zone 12 arranged and possess in a perpendicular to the in 1 plane shown extending plane, for example, a rectangular or hexagonal cross-section. The gate electrode 16 is formed lattice-like in this plane, as for example in Stengl, Tihanyi, loc. cit., p 33 , and has recesses via which a connection electrode 18 the source zones 15 and body zones 14 contacted the individual transistor cells and these zones 14 . 15 thereby short-circuiting. The gate electrode 16 is by means of a further insulation layer 19 opposite this connection electrode 18 isolated.
Der dargestellte vertikale Leistungs-IGBT leitet, wenn eine positive Spannung zwischen der Emitterzone 11 und der Anschlusselektrode 18, die auch als Sourceelektrode bezeichnet wird, anliegt und wenn an der Gateelektrode 16 ein geeignetes Ansteuerpotential zur Ausbildung eines Inversionskanals in der Bodyzone 14 anliegt. Die Driftzone 11 wird bei leitendem IGBT mit p-Ladungsträgern bzw. Löchern überflutet, die bei Abschalten des Leistungs-IGBT über die Bodyzonen 14 an die auf dem niedrigeren Potential liegende Anschlusselektrode 18 abfließen müssen. Bei Abschalten des Bauelements ist darauf zu achten, dass eine Änderung des Gate-Potentials zur sperrenden Ansteuerung des Bauelements so langsam erfolgt, dass eine zeitliche Änderung der über dem Bauelement anliegenden Spannung bzw. eine zeitliche Änderung des das Bauelement durchfließenden Stromes während des Abschaltvorganges vorgegebene Grenzwerte nicht übersteigt. Diese Grenzwerte werden vom Hersteller spezifisch vorgegeben und dienen dazu, einen Betrieb des Bauelements im sogenannten SOA-Bereich (SOA = Safe Operating Area) sicherzustellen.The illustrated vertical power IGBT conducts when there is a positive voltage between the emitter region 11 and the connection electrode 18 , which is also referred to as a source electrode, abuts and when at the gate electrode 16 a suitable drive potential for forming an inversion channel in the body zone 14 is applied. The drift zone 11 In the case of a conductive IGBT, it is flooded with p-type charge carriers or holes which, when the power IGBT is switched off, are passed through the body zones 14 to the terminal electrode located at the lower potential 18 have to drain. When switching off the component is to ensure that a change in the gate potential for blocking actuation of the device takes place so slowly that a change over time of the applied voltage across the component or a temporal change of the component flowing through the current during the shutdown predetermined limits does not exceed. These limits are specified by the manufacturer specifically and serve to ensure operation of the device in the so-called SOA area (SOA = Safe Operating Area).
Wird das Bauelement zu schnell abgeschaltet, kann es zu einem sogenannten ”Latch-Up” des Bauelements kommen. Hiermit bezeichnet man einen Vorgang, bei dem ein durch die n-dotierte Sourcezone 15, die p-dotierte Bodyzone 14 und die n-dotierte Driftzone 12 gebildeter parasitärer npn-Bipolartransistor einschaltet. Ein Einschalten dieses parasitären npn-Bipolartransistors bewirkt, dass ein durch die Sourcezone 15, die Bodyzone 14, die Driftzone 12 und die Emitterzone 11 gebildeter parasitärer Thyristor zündet, was zur Folge hat, dass das Bauelement nicht mehr steuerbar ist und es zu einer Zerstörung kommen kann. Der parasitäre npn-Bipolartransistor schaltet dann ein, wenn der bei Abschalten des Bauelements aus der Driftzone 12 abfließende Löcherstrom so groß ist, dass der in der Bodyzone 15 durch diesen Löcherstrom unterhalb der Sourcezonen 15 hervorgerufene Spannungsabfall größer ist als die Einsatzspannung des parasitären Bipolartransistors.If the component is switched off too fast, a so-called "latch-up" of the component may occur. This refers to a process in which a through the n-doped source zone 15 , the p-doped bodyzone 14 and the n-doped drift zone 12 formed parasitic npn bipolar transistor turns on. Turning on this parasitic npn bipolar transistor causes one through the source zone 15 , the body zone 14 , the drift zone 12 and the emitter zone 11 formed parasitic thyristor ignites, with the result that the device is no longer controllable and it can lead to destruction. The parasitic npn bipolar transistor then turns on when switched off when the device from the drift zone 12 outflowing hole flow is so great that in the bodyzone 15 through this hole current below the source zones 15 caused voltage drop is greater than the threshold voltage of the parasitic bipolar transistor.
Besonders kritisch hinsichtlich des ”Latch-Up”-Verhaltens sind Bereiche des Zellenfeldes, in denen die Zellendichte gegenüber übrigen Bereichen des Zellenfeldes reduziert ist und in denen damit weniger Anschlusskontakte an die Sourceelektrode 18 zum Abführen der Löcher aus der Driftzone 12 vorhanden sind. Mit dem Bezugszeichen 102 ist in dem Bauelement gemäß 1 ein Bereich mit einer solchen verringerten Zellendichte dargestellt. Es handelt sich in dem Beispiel um einen Bereich, in dem neben dem Zellenfeld eine Gate-Zuführung 22 vorhanden ist, die dazu dient, die Gate-Elektrode 16 niederohmig an ein Gate-Potential anzuschließen. Unterhalb dieser Gate-Zuführung 22 sind in der Driftzone 12 keine Transistorzellen und insbesondere keine Anschlüsse an die Sourceelektrode 18 vorhanden. Bei Abschalten des Bauelements müssen Löcher aus dem Bereich der Driftzone 12 unterhalb dieser Gate-Zuführungen 22 über die Bodyzonen 14 von Transistorzellen abfließen, die benachbart zu diesem Bereich 102 mit verringerter Zellendichte angeordnet sind. In diesen benachbarten Transistorzellen ist dadurch die Löcherstromdichte bei Abschalten des Bauelements gegenüber anderen Transistorzellen in dem Zellenfeld, die weiter beabstandet zu dem Bereich 102 angeordnet sind, erhöht, so dass die Gefahr eines ”Latch-Up” für diese Transistorzellen besonders hoch ist. Diese Transistorzellen begrenzen dabei für das gesamte Bauelement die maximal zulässigen Strom- bzw. Spannungsänderungen bei Abschalten des Bauelements.Particularly critical with regard to the "latch-up" behavior are areas of the cell field in which the cell density is reduced compared to other areas of the cell field and in which fewer connection contacts to the source electrode 18 for removing the holes from the drift zone 12 available. With the reference number 102 is in the device according to 1 a region with such a reduced cell density is shown. In the example, this is an area in which a gate feeder is next to the cell array 22 is present, which serves the gate electrode 16 low impedance to connect to a gate potential. Below this gate feed 22 are in the drift zone 12 no transistor cells and in particular no connections to the source electrode 18 available. When switching off the device must holes from the area of the drift zone 12 below these gate feeders 22 about the body zones 14 drain of transistor cells adjacent to this area 102 are arranged with reduced cell density. In these adjacent transistor cells is thereby the hole current density at shutdown of Device compared to other transistor cells in the cell array, which is further spaced from the area 102 are increased, so that the risk of a "latch-up" for these transistor cells is particularly high. These transistor cells limit the maximum permissible current or voltage changes during switching off of the component for the entire component.
Die Strom- bzw. Spannungsänderungen, die in dem Bauelement bei Abschalten auftreten, sind hierbei umso geringer, je langsamer der Abschaltvorgang erfolgt. Allerdings erhöhen sich die Schaltverluste mit zunehmender Dauer des Ausschaltvorganges.The current or voltage changes that occur in the device when switching off, in this case are the lower, the slower the shutdown occurs. However, the switching losses increase with increasing duration of the switch-off.
Die EP 0 865 085 A1 beschreibt einen vertikalen Leistungs-IGBT mit einer beabstandet zu einer Bodyzone angeordneten p-dotierten Zone. Diese p-dotierte Zone ist im Bereich einer Seite eines Halbleiterkörpers an eine Emitterelektrode angeschlossen.The EP 0 865 085 A1 describes a vertical power IGBT with a p-type doped zone spaced apart from a bodyzone. This p-doped zone is connected to an emitter electrode in the region of one side of a semiconductor body.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Leistungs-IGBT zur Verfügung zu stellen, der ein Zellenfeld mit einem ersten Zellenfeldabschnitt mit einer ersten Zellendichte und mit einem zweiten Zellenfeldabschnitt mit einer geringeren zweiten Zellendichte aufweist, der ein robustes ”Latch-Up”-Verhalten aufweist.The object of the present invention is to provide a power IGBT having a cell array with a first cell array section having a first cell density and a second cell array section having a lower second cell density having a robust latch-up behavior ,
Dieses Ziel wird durch einen Leistungs-IGBT gemäß Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by a power IGBT according to claim 1. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, in einem Übergangsbereich zwischen einem ersten und zweiten Zellenfeldabschnitt eines Zellenfeldes in einer Richtung von dem zweiten zu dem ersten Zellenfeldabschnitt wenigstens eine Transistorzelle vorzusehen, bei der eine Bodyzone unterhalb einer Sourcezone zumindest einen Abschnitt mit einer gegenüber übrigen Abschnitten der Bodyzone erhöhten Dotierungskonzentration aufweist. Bei einem gegebenen Löcherstrom führt diese lokal erhöhte Dotierungskonzentration zu einem verringerten Spannungsabfall in einem parasitären npn-Bipolartransistors, wodurch die ”Latch-Up”-Neigung verringert wird.According to the invention, provision is made in a transition region between a first and second cell field section of a cell field in a direction from the second to the first cell field section to provide at least one transistor cell in which a body zone below a source zone has at least one section with an increased doping concentration compared to other sections of the body zone , For a given hole current, this locally increased doping concentration results in a reduced voltage drop in a parasitic npn bipolar transistor, thereby reducing the latch-up slope.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.The present invention will be explained in more detail with reference to figures.
1 zeigt ausschnittsweise einen Querschnitt durch einen vertikalen Leistungs-IGBT nach dem Stand der Technik. 1 1 shows a detail of a cross section through a vertical power IGBT according to the prior art.
2 zeigt zur Erläuterung ausschnittsweise einen Querschnitt durch einen Leistungs-IGBT, der einen Zellenfeldabschnitt mit einer verringerten Zellendichte und eine Emitterzone mit einem verringerten Emitterwirkungsgrad im Bereich dieses Zellenfeldabschnitts aufweist. 2 By way of illustration, Fig. 12 is a fragmentary cross-sectional view of a power IGBT having a cell array portion with a reduced cell density and an emitter region having a reduced emitter efficiency in the region of this cell array portion.
3 zeigt eine Draufsicht auf den Leistungs-IGBT gemäß 2. 3 shows a plan view of the power IGBT according to 2 ,
4 zeigt einen Querschnitt durch eine Transistorzelle des IGBT gemäß 2 in einer in 2 dargestellten Schnittebene A-A. 4 shows a cross section through a transistor cell of the IGBT according to 2 in an in 2 shown section plane AA.
5 zeigt zur Erläuterung einen Leistungs-IGBT, bei dem im Bereich eines Zellenfeldabschnitts mit verringerter Zellendichte keine Emitterzone vorhanden ist. 5 FIG. 2 shows a power IGBT in which there is no emitter zone in the area of a cell array section with a reduced cell density.
6 zeigt zur Erläuterung einen Leistungs-IGBT mit einer Feldstoppzone, die im Bereich eines Zellenfeldabschnitts mit verringerter Zellendichte eine höhere Dotierungskonzentration als in übrigen Bereichen aufweist. 6 FIG. 4 shows a power IGBT with a field stop zone which has a higher doping concentration in the region of a cell field section with a reduced cell density than in other areas.
7 zeigt zur Erläuterung einen Leistungs-IGBT, bei dem die Ladungsträgerlebensdauer in einer Driftzone im Bereich eines Zellenfeldabschnittes mit geringerer Zellendichte reduziert ist. 7 Fig. 2 shows a power IGBT in which the carrier lifetime is reduced in a drift zone in the region of a cell array section with a lower cell density.
8 zeigt zur Erläuterung einen Leistungs-IGBT, bei dem eine Kurzschlussfläche zwischen einer Anschlusselektrode und einer Bodyzone in einem Übergangsbereich zwischen einem ersten und zweiten Zellenfeldabschnitt, die unterschiedliche Zellendichten aufweisen, erhöht ist. 8th For illustration, Fig. 13 shows a power IGBT in which a short-circuiting area between a terminal electrode and a body zone is increased in a transition region between first and second cell array portions having different cell densities.
9 zeigt zur Erläuterung einen Leistungs-IGBT, der in einem Übergangsbereich zwischen einem ersten und einem zweiten Zellenfeldabschnitt Transistorzellen aufweist, deren Sourcezonen in Richtung des Löcherflusses geringere Abmessungen aufweisen. 9 FIG. 2 shows a power IGBT, which has transistor cells in a transition region between a first and a second cell field section, whose source zones have smaller dimensions in the direction of the hole flow.
10 zeigt einen erfindungsgemäßen Leistungs-IGBT, der im Übergangsbereich zwischen zwei Zellenfeldabschnitten mit unterschiedlichen Zellendichten wenigstens eine Transistorzelle mit einer lokal erhöhten Dotierungskonzentration der Bodyzone aufweist. 10 shows a power IGBT according to the invention, which has at least one transistor cell with a locally increased doping concentration of the body zone in the transition region between two cell array sections with different cell densities.
11 zeigt zur Erläuterung einen als Trench-IGBT realisierten Leistungs-IGBT. 11 Fig. 4 shows a power IGBT realized as a trench IGBT for explanation.
In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Bauelementbereiche mit gleicher Bedeutung.In the figures, unless otherwise indicated, like reference numerals designate like component portions with the same meaning.
Ein erstes Ausführungsbeispiel eines Leistungs-IGBT ist in 2 ausschnittsweise im Querschnitt dargestellt. 3 zeigt in verkleinertem Maßstab eine Draufsicht auf den IGBT gemäß 2 und 4 zeigt einen Querschnitt in einer in 2 dargestellten Schnittebene A-A.A first embodiment of a power IGBT is shown in FIG 2 partially shown in cross section. 3 shows on a reduced scale a plan view of the IGBT according to 2 and 4 shows a cross section in an in 2 shown section plane AA.
Der in 2 dargestellte IGBT ist als vertikaler Leistungs-IGBT realisiert und umfasst einen Halbleiterkörper, der im Bereich einer ersten Seite, in dem Beispiel im Bereich der Rückseite, eine Emitterzone 11 eines ersten Leitungstyps aufweist. An diese Emitterzone 11 schließt sich in Richtung einer zweiten Seite, in dem Beispiel in Richtung der Vorderseite, des Halbleiterkörpers 100 eine komplementär zu der Emitterzone 11 dotierte Driftzone 12 an. Im Bereich der Vorderseite ist ein Zellenfeld mit mehreren gleichartig aufgebauten Transistorzellen 13 angeordnet, wobei jede dieser Transistorzellen 13 eine Sourcezone 15 des zweiten Leitungstyps sowie eine zwischen der Sourcezone 15 und der Driftzone angeordnete Bodyzone 14 des ersten Leitungstyps aufweist. The in 2 The illustrated IGBT is realized as a vertical power IGBT and comprises a semiconductor body which has an emitter zone in the region of a first side, in the example in the region of the rear side 11 having a first conductivity type. To this emitter zone 11 closes in the direction of a second side, in the example in the direction of the front side, of the semiconductor body 100 a complementary to the emitter zone 11 doped drift zone 12 at. In the area of the front is a cell array with several identically constructed transistor cells 13 arranged, each of these transistor cells 13 a source zone 15 of the second conductivity type and one between the source zone 15 and the drift zone arranged body zone 14 of the first conductivity type.
Die Emitterzone 11 und die Bodyzone 14 sind bei einem IGBT üblicherweise p-dotiert, während die Driftzone 12 und die Sourcezonen 15 der Transistorzellen 13 üblicherweise n-dotiert sind. Die Sourcezonen 15 und die Bodyzonen 14 der einzelnen Transistorzellen 13 sind durch eine Anschlusselektrode 18, die nachfolgend als Sourceelektrode bezeichnet wird, kontaktiert und über diese Anschlusselektrode 18 kurzgeschlossen. Benachbart zu den Bodyzonen 14 der einzelnen Transistorzellen 13 ist eine Gateelektrode 16 angeordnet, die mittels einer Gate-Isolationsschicht 17 dielektrisch gegenüber dem Halbleiterkörper 100 isoliert ist und die dazu dient, in den Transistorzellen 13 einen Inversionskanal in den Bodyzonen 14 zwischen den Sourcezonen 15 und der Driftzone 12 zu steuern. Den einzelnen Transistorzellen 13 des Zellenfeldes ist die Driftzone 12 und die Emitterzone 11 gemeinsam. Die Transistorzellen sind durch die gemeinsame Sourceelektrode 18 parallel zueinander geschaltet, wobei die Sourceelektrode 18 mittels einer weiteren Isolationsschicht 19 gegenüber der Gateelektrode 16 isoliert ist.The emitter zone 11 and the bodyzone 14 are usually p-doped in an IGBT, while the drift zone 12 and the source zones 15 the transistor cells 13 usually n-doped. The source zones 15 and the body zones 14 the individual transistor cells 13 are through a connection electrode 18 , hereinafter referred to as the source electrode, contacted and via this terminal electrode 18 shorted. Adjacent to the body zones 14 the individual transistor cells 13 is a gate electrode 16 arranged by means of a gate insulation layer 17 dielectric with respect to the semiconductor body 100 is isolated and which serves in the transistor cells 13 an inversion channel in the body zones 14 between the source zones 15 and the drift zone 12 to control. The individual transistor cells 13 of the cell field is the drift zone 12 and the emitter zone 11 together. The transistor cells are through the common source electrode 18 connected in parallel with each other, wherein the source electrode 18 by means of a further insulation layer 19 opposite the gate electrode 16 is isolated.
Die in dem Beispiel gemäß 2 dargestellten Transistorzellen sind sogenannte DMOS-Zellen (DMOS = Double Diffused MOS). Bezugnehmend auf 4 sind die Transistorzellen beispielsweise sogenannte ”Rechteckzellen”, also Zellen, deren Bodyzone 14 rechteckförmig, insbesondere quadratisch ausgebildet ist. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, die Bodyzonen 14 in bekannter Weise mit einer beliebigen anderen Geometrie, insbesondere sechseckförmig oder streifenförmig, zu realisieren.In the example according to 2 shown transistor cells are so-called DMOS cells (DMOS = Double Diffused MOS). Referring to 4 For example, the transistor cells are so-called "rectangular cells", ie cells whose body zones 14 rectangular, in particular square is formed. Of course, there is also the possibility of the body zones 14 in a known manner with any other geometry, in particular hexagonal or strip-shaped, to realize.
Die einzelnen Transistorzellen 13 besitzen eine gemeinsame Gateelektrode 16, die in Draufsicht gitterförmig ausgebildet ist und die im Bereich von Kontaktabschnitten 181, über welche die Sourceelektrode 18 die Source- und Bodyzonen 15, 14 kurzschließt, Aussparungen 161 aufweist.The individual transistor cells 13 have a common gate electrode 16 , which is formed in a lattice-shaped plan view and in the region of contact portions 181 over which the source electrode 18 the source and body zones 15 . 14 short circuits, recesses 161 having.
Bezugnehmend auf 3 ist oberhalb des Halbleiterkörpers 100 eine Gate-Anschlussfläche (Gate-Pad) 24 angeordnet, die zum Anlegen eines Gate-Potentials an die Gateelektrode (16 in 2) dient. Ausgehend von dieser Gate-Anschlussfläche 24 verlaufen Gate-Zuführungen 22 oberhalb des Halbleiterkörpers 100. Diese Zuführungen 22 sind fingerförmig ausgebildet und werden auch als Gate-Finger bezeichnet werden.Referring to 3 is above the semiconductor body 100 a gate pad (gate pad) 24 arranged to apply a gate potential to the gate electrode ( 16 in 2 ) serves. Starting from this gate pad 24 run gate feeders 22 above the semiconductor body 100 , These feeders 22 are finger-shaped and will also be referred to as gate fingers.
Eine dieser Gate-Zuführungen 22 ist in 2 im linken Teil ausschnittsweise im Querschnitt dargestellt. Die Gate-Zuführungen 22 sind oberhalb einer Isolationsschicht 23 angeordnet, die Aussparungen 231 aufweist, über welche die Gate-Zuführungen 22 einen Abschnitt 162 der Gateelektrode 16 kontaktieren. Dieser kontaktierte Abschnitt 162 der Gateelektrode ist durch eine Isolationsschicht 20 gegenüber dem Halbleiterkörper 100 isoliert, wobei diese Isolationsschicht 20 vorzugsweise dicker ist als die Gate-Isolationsschicht 17 im Bereich der Transistorzellen.One of these gate feeders 22 is in 2 in the left part in sections in cross section. The gate feeders 22 are above an insulation layer 23 arranged the recesses 231 over which the gate feeds 22 a section 162 the gate electrode 16 to contact. This contacted section 162 the gate electrode is through an insulating layer 20 opposite to the semiconductor body 100 isolated, this insulating layer 20 is preferably thicker than the gate insulation layer 17 in the field of transistor cells.
Unterhalb der Gate-Zuführungen 22 sind keine Transistorzellen vorhanden, insbesondere sind in diesem Bereich auch keine Anschlüsse an die Sourceelektrode 18 vorhanden, die während eines Abschaltvorgangs des Bauelements ein Abfließen von Löchern aus der Driftzone 12 in dem Bereich unterhalb der Gate-Zuführungen 22 ermöglichen würden. In entsprechender Weise sind auch unterhalb des Gate-Pads 24 keine Transistorzellen vorhanden.Below the gate feeders 22 If there are no transistor cells, in particular in this area there are also no connections to the source electrode 18 present, during a shutdown of the device, a drainage of holes from the drift zone 12 in the area below the gate feeds 22 would allow. In a similar way are also below the gate pad 24 no transistor cells available.
Optional besteht die Möglichkeit, im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnitts 102 in der Driftzone 12 unterhalb der der Gate-Zuführung 22 zugewandten Oberseite eine komplementär zu der Driftzone 12 dotierte Halbleiterzone 143 vorzusehen, die vorzugsweise den gesamten Bereich einnimmt, in dem keine Transistorzellen vorhanden sind. Die Dotierungskonzentration dieser Halbleiterzone 143 kann der Dotierungskonzentration der Bodyzonen 14 der Transistorzellen 13 entsprechen. Die Herstellung dieser Halbleiterzone 143 kann dabei durch dieselben Verfahrensschritte erfolgen, durch welche die Bodyzonen 14 der Transistorzellen hergestellt werden. Es können allerdings auch separate Verfahrensschritte zur Herstellung dieser Halbleiterzone 143 durchgeführt werden.Optionally, there is the possibility in the area of the second cell field section 102 in the drift zone 12 below the gate feed 22 facing the top one complementary to the drift zone 12 doped semiconductor zone 143 to provide, which preferably occupies the entire area in which no transistor cells are present. The doping concentration of this semiconductor zone 143 can the doping concentration of the body zones 14 the transistor cells 13 correspond. The production of this semiconductor zone 143 can be done by the same process steps through which the body zones 14 the transistor cells are made. However, it is also possible to use separate process steps for producing this semiconductor zone 143 be performed.
Die komplementär zu der Driftzone dotierte Halbleiterzone 143 kann sich – wie dies in 2 dargestellt ist – an eine Body-Zone 14 einer Transistorzelle 13 anschließen und kann über diese Bodyzone 14 an die Source-Elektrode 18 angeschlossen sein. In nicht näher dargestellter Weise besteht auch die Möglichkeit, diese Halbleiterzone 143 floatend anzuordnen, d. h. diese Halbleiterzone 143 nicht an die Bodyzone einer Transistorzelle anzuschließen und diese Halbleiterzone damit nicht auf Sourcepotential zu legen.The semiconductor zone doped complementary to the drift zone 143 can become - like this in 2 is shown - to a body zone 14 a transistor cell 13 connect and know about this bodyzone 14 to the source electrode 18 be connected. In a manner not shown, there is also the possibility of this semiconductor zone 143 to arrange floating, ie this semiconductor zone 143 not to connect to the body zone of a transistor cell and thus not put this semiconductor zone at source potential.
Das Zellenfeld des IGBT weist in dem dargestellten Beispiel zwei Zellenfeldabschnitte, einen ersten Zellenfeldabschnitt 101 und einen zweiten Zellenfeldabschnitt 102, auf. Die Zellendichten, d. h. die Anzahl der Transistorzellen bezogen auf eine vorgegebene Fläche des Halbleiterkörpers – die größer ist als die für eine Transistorzelle benötigte Fläche – ist für die beiden Zellenfeldabschnitte unterschiedlich groß. In dem Beispiel ist die Zellendichte im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnittes 102 Null, da hier keine Transistorzellen vorhanden sind. Die Grenze zwischen dem ersten und zweiten Zellenfeldabschnitt 101, 102 ist in dem Beispiel als gestrichelte Linie eingezeichnet. Diese Grenze begrenzt die am Rand des ersten Zellenfeldabschnitts 101 angeordnete Zelle in Richtung des zweiten Zellenfeldabschnitts 102.The cell array of the IGBT has two cell array sections, one in the illustrated example first cell field section 101 and a second cell array section 102 , on. The cell densities, ie the number of transistor cells with respect to a given area of the semiconductor body - which is greater than the area required for a transistor cell - is different for the two cell array sections. In the example, the cell density is in the range of the second cell field section 102 Zero, since there are no transistor cells here. The boundary between the first and second cell field section 101 . 102 is drawn in the example as a dashed line. This limit limits those at the edge of the first cell field section 101 arranged cell in the direction of the second cell array section 102 ,
Bei dem in 2 dargestellten Bauelement ist vorgesehen, den Emitterwirkungsgrad des rückseitigen Emitters 11 im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnittes 102 im Vergleich zu übrigen Bereichen des Emitters 11 zu reduzieren. Eine Möglichkeit, den Emitterwirkungsgrad zu reduzieren, besteht darin, die Emitterdotierung lokal zu reduzieren. Der Emitter 11 weist hierbei einen ersten Emitterabschnitt 111 im Bereich des ersten Zellenfeldabschnittes 101 und einen zweiten Emitterabschnitt 112 im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnittes 102 auf. Die effektive Dotierung des Emitters 11 mit p-Dotierstoffatomen ist dabei im zweiten Emitterabschnitt 112 geringer als im ersten Emitterabschnitt 111.At the in 2 shown component is provided, the emitter efficiency of the back emitter 11 in the area of the second cell field section 102 compared to other areas of the emitter 11 to reduce. One way to reduce emitter efficiency is to locally reduce emitter doping. The emitter 11 here has a first emitter section 111 in the area of the first cell field section 101 and a second emitter section 112 in the area of the second cell field section 102 on. The effective doping of the emitter 11 with p-dopant atoms is in the second emitter section 112 lower than in the first emitter section 111 ,
Die geringere Dotierung des zweiten Emitterabschnitts 112 kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass bei einer Herstellung der Emitterzone 11 mittels Ionenimplantation in den zweiten Emitterabschnitt 112 weniger Dotierstoffatome implantiert werden als in den ersten Emitterabschnitt 111. Hierzu wird beispielsweise ein zweistufiges Implantationsverfahren durchgeführt. In einem ersten Schritt erfolgt hierbei eine maskierte Implantation, durch welche Dotierstoffatome nur in den höher zu dotierenden ersten Emitterabschnitt implantiert werden, und in einem zweiten Schritt werden Dotierstoffatome ganzflächig über die Rückseite in den Halbleiterkörper 100 implantiert. Ein geeignetes Dotierstoffmaterial für die Herstellung einer p-dotierten Emitterzone 11 ist beispielsweise Bor.The lower doping of the second emitter section 112 can be achieved, for example, that in a production of the emitter zone 11 by ion implantation in the second emitter section 112 less dopant atoms are implanted than in the first emitter section 111 , For this purpose, for example, a two-stage implantation procedure is performed. In a first step, a masked implantation takes place, through which dopant atoms are implanted only in the first emitter section to be doped more highly, and in a second step, dopant atoms are transferred over the entire surface over the rear side into the semiconductor body 100 implanted. A suitable dopant material for the production of a p-doped emitter zone 11 is boron, for example.
Darüber hinaus kann ein Emitter 11 mit unterschiedlichen effektiven Dotierungskonzentrationen auch dadurch erreicht werden, dass zunächst eine homogen dotierte Emitterzone hergestellt wird und dass anschließend maskiert nicht dotierende Teilchen in den Bereich dieser Emitterzone 11 implantiert werden, der den zweiten Emitterabschnitt 112 bildet. Die nicht dotierenden Teilchen rufen dabei Kristalldefekte hervor, die zu einer Reduzierung der effektiven p-Dotierung führen.In addition, an emitter 11 with different effective doping concentrations can also be achieved by first producing a homogeneously doped emitter zone and then masking non-doping particles in the region of this emitter zone 11 implanted, the second emitter section 112 forms. The non-doping particles cause crystal defects, which lead to a reduction of the effective p-type doping.
Die Reduzierung des Emitterwirkungsgrades des Emitters 11 im zweiten Emitterabschnitt 112 im Vergleich zum ersten Emitterabschnitt 111 führt dazu, dass bei leitend angesteuertem IGBT in der Driftzone 12 oberhalb des zweiten Emitterabschnitts 112 weniger p-Ladungsträger vorhanden sind, als oberhalb des ersten Emitterabschnitts 111. Im Vergleich zu einem herkömmlichen Leistungs-IGBT ohne lokale Absenkung des Emitterwirkungsgrades müssen bei dem Leistungs-IGBT aus dem zweiten Zellenfeldabschnitt 102, der keine Anschlüsse an die Sourceelektrode 18 aufweist, weniger p-Ladungsträger abgeführt werden, wodurch die Löcherstrombelastung von Transistorzellen im Übergangsbereich zwischen dem ersten und zweiten Zellenfeldbereich 101, 102 bzw. die Löcherstrombelastung der Transistorzellen, die am Rand des ersten Zellenfeldbereiches 101 angeordnet sind, bei Abschalten des Bauelements reduziert ist. Hierdurch wird die ”Latch-Up”-Festigkeit der Transistorzellen im Randbereich des ersten Zellenfeldabschnittes 101 erhöht.The reduction of the emitter efficiency of the emitter 11 in the second emitter section 112 in comparison to the first emitter section 111 This leads to a conductive IGBT in the drift zone 12 above the second emitter section 112 less p-type charge carriers are present than above the first emitter section 111 , Compared to a conventional power IGBT with no local lowering of the emitter efficiency, the power IGBT has to be removed from the second cell field section 102 that has no connections to the source electrode 18 has less p-type charge carriers are dissipated, whereby the hole current load of transistor cells in the transition region between the first and second cell array area 101 . 102 or the hole current load of the transistor cells, which are at the edge of the first cell array area 101 are arranged is reduced when switching off the device. As a result, the latch-up strength of the transistor cells in the edge region of the first cell array section 101 elevated.
Bezugnehmend auf 5 besteht insbesondere die Möglichkeit, auf das Vorhandensein des Emitters unterhalb des zweiten Zellenfeldbereichs 102 völlig zu verzichten. Die Driftzone 12 reicht in diesem Fall bis an die Rückseite des Halbleiterkörpers 100 bzw. bis an eine auf der Rückseite aufgebrachte Anschlusselektrode 26.Referring to 5 In particular, there is the possibility of the presence of the emitter below the second cell array area 102 completely renounce. The drift zone 12 extends in this case to the back of the semiconductor body 100 or up to an applied on the back terminal electrode 26 ,
Der zweite Emitterabschnitt 112 mit reduzierter Dotierungskonzentration erstreckt sich in lateraler Richtung vorzugsweise abschnittsweise – vorzugsweise über eine Distanz, die 0,1 bis 2 Diffusionslängen für freie Ladungsträger in diesem Bereich beträgt – bis unter die Transistorzellen des ersten Zellenfeldbereiches 101. Hierdurch wird erreicht, dass auch in einem Übergangsbereich zwischen dem ersten und zweiten Zellenfeldbereich bzw. im Randbereich des ersten Zellenfeldbereiches 101 bei leitend angesteuertem Bauelement weniger p-Ladungsträger aus dem Emitter 11 in die Driftzone 12 injiziert werden, die während des Abschaltvorgangs abfließen müssen.The second emitter section 112 with reduced doping concentration extends in the lateral direction preferably in sections - preferably over a distance which is 0.1 to 2 diffusion lengths for free charge carriers in this range - to below the transistor cells of the first cell array area 101 , This ensures that even in a transition region between the first and second cell field region or in the edge region of the first cell field region 101 with conductive component driven less p-type charge carriers from the emitter 11 in the drift zone 12 be injected, which must flow during the shutdown.
Optional ist bei dem Leistungs-IGBT eine Feldstoppzone 25 vorhanden, die vom gleichen Leitungstyp wie die Driftzone 12 ist, die jedoch höher als die Driftzone dotiert ist. Diese Feldstoppzone 25 ist zwischen der Emitterzone 11 und den Bodyzonen 14 angeordnet, befindet sich vorzugsweise näher an der Emitterzone 11 als an den Bodyzonen 14 und kann insbesondere unmittelbar anschließend an die Emitterzone 11 ausgebildet sein. Diese Feldstoppzone 25 ist in 2 gestrichelt dargestellt.Optionally, the power IGBT is a field stop zone 25 present, of the same conductivity type as the drift zone 12 which is, however, doped higher than the drift zone. This field stop zone 25 is between the emitter zone 11 and the body zones 14 arranged, is preferably closer to the emitter zone 11 as at the body zones 14 and in particular immediately following the emitter zone 11 be educated. This field stop zone 25 is in 2 shown in dashed lines.
Alternativ oder zusätzlich zu einer Absenkung des Emitterwirkungsgrades durch eine lokale Reduktion der Dotierung der Emitterzone im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnittes 102 besteht bezugnehmend auf 6 die Möglichkeit, die ”Latch-Up”-Festigkeit des Bauelements dadurch zu erhöhen, dass die Dotierungskonzentration der Feldstoppzone 25 lokal im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnittes 102 erhöht wird. Diese Maßnahme führt ebenfalls zu einer Reduktion des Emitterwirkungsgrades. Die Feldstoppzone 25 weist in 6 zwei Feldstoppzonenabschnitte 251, 252 auf, von denen ein erster Feldstoppzonenabschnitt 251, der unterhalb der Transistorzellen des ersten Zellenfeldabschnitts 101 angeordnet ist, niedriger dotiert ist als ein im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnitts 102 angeordneter zweiter Feldstoppzonenabschnitt 252. Vorzugsweise reicht der höher dotierte zweite Feldstoppzonenabschnitt 252 in lateraler Richtung bis unter die Transistorzellen des ersten Zellenfeldabschnitts 101, das heißt bis unter Transistorzellen, die im Randbereich des ersten Zellenfeldabschnitts 101 angeordnet sind. Die laterale Ausdehnung der höher dotierten Feldstoppzone in den ersten Zellenfeldabschnitt hinein beträgt vorzugsweise 0,1 bis 2 Diffusionslängen der freien Ladungsträger.Alternatively or in addition to a lowering of the emitter efficiency by a local reduction of the doping of the emitter zone in the region of the second cell field section 102 refers to 6 the ability to increase the latch-up strength of the device by the doping concentration of the field stop zone 25 locally in the area of the second cell field section 102 is increased. This measure also leads to a reduction of the emitter efficiency. The field stop zone 25 points in 6 two field stop zone sections 251 . 252 on, of which a first field stop zone section 251 which is below the transistor cells of the first cell array section 101 is arranged lower doped than one in the region of the second cell array section 102 arranged second field stop zone section 252 , The higher doped second field stop zone section preferably extends 252 in the lateral direction to below the transistor cells of the first cell array section 101 , that is to say below transistor cells, which are in the edge region of the first cell field section 101 are arranged. The lateral extent of the higher doped field stop zone into the first cell field section is preferably 0.1 to 2 diffusion lengths of the free charge carriers.
Die lokale Erhöhung der Dotierungskonzentration der Feldstoppzone 25 führt dazu, dass bei leitend angesteuertem Bauelement im Bereich des zweiten Feldstoppzonenabschnitts 252 weniger p-Ladungsträger in die Driftzone 12 injiziert werden, so dass bei Abschalten des Bauelements weniger p-Ladungsträger aus diesem Bereich abzuführen sind.The local increase of the doping concentration of the field stop zone 25 results in that in the case of a conductive component in the area of the second field stop zone section 252 less p-charge carriers in the drift zone 12 be injected, so that when switching off the device less p-charge carriers are removed from this area.
Alternativ oder zusätzlich zu den zuvor erläuterten Maßnahmen, lokales Absenken des Emitterwirkungsgrades durch lokale Reduktion der Emitterdotierung oder durch lokales Erhöhen der Dotierungskonzentration der Feldstoppzone, besteht bezugnehmend auf 7 die Möglichkeit, in der Driftzone 12 im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnittes 102 die Ladungsträgerlebensdauer für Minoritätsladungsträger, das heißt im vorliegenden Fall p-Ladungsträger bzw. Löcher, zu verringern. Das Bauelement gemäß 7 weist zwei Driftzonenabschnitte, einen ersten Driftzonenabschnitt 121 im Bereich des ersten Zellenfeldabschnittes 101 und einen zweiten Driftzonenabschnitt 122 im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnitts 102 auf. Die Ladungsträgerlebensdauer für p-Ladungsträger ist dabei im zweiten Driftzonenabschnitt 122 geringer als in dem ersten Driftzonenabschnitt 121. Der zweite Driftzonenabschnitt 122 erstreckt sich dabei vorzugsweise in lateraler Richtung bis unter die Bodyzonen 14 solcher Transistorzellen, die im Randbereich des ersten Zellenfeldabschnitts 101 angeordnet sind. Die Ausdehnung dieses zweiten Driftzonenabschnitts 122 in den ersten Zellenfeldabschnitt 101 hinein beträgt vorzugsweise 0,1 bis 2 Diffusionslängen freier Ladungsträger. Die Reduzierung der Ladungsträgerlebensdauer im zweiten Driftzonenabschnitt 122 führt dazu, dass aus diesem Abschnitt der Driftzone bei Abschalten des Bauelements weniger p-Ladungsträger abfließen müssen, was gegenüber einem herkömmlichen Bauelement die Löcherstrombelastung der Transistorzellen im Randbereich des ersten Zellenfeldabschnitts 101 reduziert und dadurch die ”Latch-Up”-Festigkeit der Transistorzellen erhöht.Alternatively or in addition to the measures explained above, local lowering of the emitter efficiency by local reduction of the emitter doping or by locally increasing the doping concentration of the field stop zone, reference is made to FIG 7 the possibility of being in the drift zone 12 in the area of the second cell field section 102 to reduce the carrier lifetime for minority carriers, that is to say p-type carriers or holes in the present case. The device according to 7 has two drift zone sections, a first drift zone section 121 in the area of the first cell field section 101 and a second drift zone section 122 in the area of the second cell field section 102 on. The charge carrier lifetime for p-charge carriers is in the second drift zone section 122 less than in the first drift zone section 121 , The second drift zone section 122 extends preferably in the lateral direction to below the body zones 14 such transistor cells, in the edge region of the first cell array section 101 are arranged. The extent of this second drift zone section 122 in the first cell field section 101 preferably 0.1 to 2 diffusion lengths of free charge carriers. The reduction of the carrier lifetime in the second drift zone section 122 As a result, less p-type charge carriers have to flow out of this section of the drift zone when the component is switched off, which is the case compared to a conventional component, the hole current load of the transistor cells in the edge region of the first cell array section 101 reduces and thereby increases the "latch-up" strength of the transistor cells.
Die Absenkung der Ladungsträgerlebensdauer im zweiten Driftzonenabschnitt 122 kann beispielsweise während eines Herstellungsverfahrens des Leistungs-IGBT durch maskierte Bestrahlung des Halbleiterkörpers mit hochenergetischen Teilchen, beispielsweise Elektronen, Protonen oder Heliumatomen erfolgen. Als Maske für eine solche Bestrahlung kann beispielsweise eine Metallmaske verwendet werden. Diese hochenergetischen Teilchen führen zu Kristalldefekten im Bereich des zweiten Driftzonenabschnittes 122 und reduzieren dadurch die p-Ladungsträgerlebensdauer in diesem Driftzonenabschnitt 122.The lowering of the carrier lifetime in the second drift zone section 122 For example, during a manufacturing process of the power IGBT, masking of the semiconductor body with high-energy particles such as electrons, protons, or helium atoms may be performed. As a mask for such irradiation, for example, a metal mask may be used. These high-energy particles lead to crystal defects in the region of the second drift zone section 122 and thereby reduce the p-carrier lifetime in this drift zone section 122 ,
Der zweite Driftzonenabschnitt 122, in dem die Ladungsträgerlebensdauer abgesenkt ist, kann insbesondere derart realisiert werden, dass der Grad der Absenkung der Ladungsträgerlebensdauer in vertikaler Richtung variiert. Eine solche vertikale Variation der Ladungsträgerlebensdauer lässt sich insbesondere über eine Bestrahlung des Halbleiterkörpers 100 über dessen Vorderseite oder Rückseite mit Protonen oder Heliumatomen erreichen. Solche ”schwere” Teilchen erzeugen eine inhomogene Kristallfehlerverteilung in dem Halbleiterkörper, wobei das Maximum in Richtung der Bestrahlungsseite liegt. Vorteilhafterweise erfolgt die Herstellung des zweiten Driftzonenabschnitts 122 derart, dass die größte Absenkung der Ladungsträgerlebensdauer in einem Bereich anschließend an die Emitterzone 14 – also dort wo die Löcher in die Driftzone injiziert werden – oder in einem Bereich unterhalb der Gate-Zuführung bzw. in der Nähe der Bodyzonen 14 der Transistorzellen 13 vorhanden ist.The second drift zone section 122 in which the carrier lifetime is lowered, can be realized in particular such that the degree of lowering of the carrier lifetime varies in the vertical direction. Such vertical variation of the charge carrier lifetime can be achieved in particular by irradiation of the semiconductor body 100 reach via its front or back with protons or helium atoms. Such "heavy" particles produce an inhomogeneous crystal defect distribution in the semiconductor body, the maximum being in the direction of the irradiation side. Advantageously, the production of the second drift zone section takes place 122 such that the largest decrease in carrier lifetime in a region adjacent to the emitter region 14 - So where the holes are injected into the drift zone - or in an area below the gate feeder or in the vicinity of the body zones 14 the transistor cells 13 is available.
Alternativ oder zusätzlich zu den zuvor erläuterten Maßnahmen zur Erhöhung der ”Latch-Up”-Festigkeit besteht bezugnehmend auf 8 die Möglichkeit, im Randbereich des ersten Zellenfeldabschnittes 101 die Kontaktfläche zwischen den Bodyzonen der Transistorzellen in diesem Randbereich und der Sourceelektrode 18 im Vergleich zu übrigen Transistorzellen des ersten Zellenfeldabschnitts 101 zu erhöhen. Diese Erhöhung der Kontaktfläche kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass im Randbereich des ersten Zellenfeldabschnitts 101 modifizierte Zellen 132 vorhanden sind, die keine Sourcezone aufweisen, so dass in diesen Zellen die Elektrodenabschnitte 181 nur die Bodyzone 14 kontaktieren. Wie in 8 gestrichelt dargestellt ist, besteht auch die Möglichkeit, im Randbereich des ersten Zellenfeldabschnittes 101 eine p-dotierte Halbleiterzone 142 herzustellen, deren laterale Abmessungen größer sind als die lateralen Abmessungen der Bodyzonen der Transistorzellen und diese p-dotierte Halbleiterzone 142 an mehreren Stellen oder großflächig durch die Anschlusselektrode 18 zu kontaktieren.Alternatively or in addition to the above-explained measures for increasing the "latch-up" strength, reference is made to FIG 8th the possibility in the edge region of the first cell field section 101 the contact area between the body zones of the transistor cells in this edge region and the source electrode 18 in comparison to other transistor cells of the first cell array section 101 to increase. This increase in the contact surface can be achieved, for example, in that in the edge region of the first cell field section 101 modified cells 132 are present, which have no source zone, so that in these cells, the electrode sections 181 only the bodyzone 14 to contact. As in 8th Dashed lines shown, there is also the possibility in the edge region of the first cell array section 101 a p-doped semiconductor zone 142 whose lateral dimensions are larger than the lateral dimensions of the body zones of the transistor cells and this p-doped semiconductor zone 142 in several places or large area through the connection electrode 18 to contact.
Eine weitere Maßnahme zur Erhöhung der ”Latch-Up”-Festigkeit, die alternativ oder zusätzlich zu den Maßnahmen der 2 bis 7 vorgesehen werden kann, besteht bezugnehmend auf 9 darin, im Randbereich des ersten Zellenfeldabschnittes 101 modifizierte Transistorzellen 131 vorzusehen, deren Sourcezonen 151 in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 100 geringere Abmessungen als andere Transistorzellen 13 des ersten Zellenfeldabschnitts 101 aufweisen. Ein gegebener Löcherstrom führt bei diesen modifizierten Transistorzellen 131 zu einem geringeren Spannungsabfall unterhalb der modifizierten Sourcezone 151 im Vergleich zu einem Spannungsabfall, den ein solcher Löcherstrom unter einer ”Standard”-Sourcezone 15, d. h. einer Sourcezone 15 mit nicht verringerten Abmessungen, hervorrufen würde. Hieraus resultiert eine Erhöhung der ”Latch-Up”-Festigkeit dieser Transistorzellen im Randbereich des ersten Zellenfeldabschnittes 101.Another measure to increase latch-up strength, as an alternative or in addition to the measures of 2 to 7 can be provided, referring to 9 therein, in the edge region of the first cell field section 101 modified transistor cells 131 to provide their source zones 151 in the lateral direction of the semiconductor body 100 smaller dimensions than other transistor cells 13 of the first cell field section 101 exhibit. A given hole current results in these modified transistor cells 131 to a lower voltage drop below the modified source zone 151 compared to a voltage drop that such a hole current under a "standard" source zone 15 ie a source zone 15 with unreduced dimensions would cause. This results in an increase in the "latch-up" strength of these transistor cells in the edge region of the first cell array section 101 ,
Eine weitere Maßnahme, den Spannungsabfall unterhalb der Sourcezone 15 von Transistorzellen im Randbereich des ersten Zellenfeldabschnittes 101 zu reduzieren, besteht bezugnehmend auf 10 darin, die Bodyzone 14 in Transistorzellen des Randbereiches unterhalb der Sourcezonen 15 zumindest abschnittsweise höher zu dotieren. Ein solcher höher dotierter Abschnitt ist in 10 mit dem Bezugszeichen 141 bezeichnet. Diese lokal erhöhte Dotierung der Bodyzone 14 führt bei einem gegebenen Löcherstrom dazu, dass unterhalb der Sourcezone 15 einer solchen modifizierten Transistorzelle 131 eine geringere Spannung abfällt als unter der Sourcezone einer ”Standard”-Transistorzelle ohne eine solche lokal erhöhte Dotierungskonzentration der Bodyzone 14.Another measure, the voltage drop below the source zone 15 of transistor cells in the edge region of the first cell array section 101 to reduce, referring to 10 in it, the bodyzone 14 in transistor cells of the edge region below the source zones 15 at least partially higher to dope. One such more heavily doped section is in 10 with the reference number 141 designated. This locally increased doping of the body zone 14 results in a given hole current that below the source zone 15 such a modified transistor cell 131 a lower voltage drops than under the source zone of a "standard" transistor cell without such a locally increased doping concentration of the body zone 14 ,
Zusammenfassend sei nochmals darauf hingewiesen, dass die anhand der 2 bis 7 erläuterten Maßnahmen zur Erhöhung der ”Latch-Up”-Festigkeit, nämlich lokale Absenkung der Emitterwirksamkeit durch lokal reduzierte Emitterdotierung, lokale Erhöhung der Dotierungskonzentration der Feldstoppzone oder lokale Absenkung der Ladungsträgerlebensdauer in der Driftzone jeweils alternativ zueinander oder auch gemeinsam vorgenommen werden können. Zusätzlich oder alternativ zu diesen Maßnahmen können Transistorzellen im Randbereich des ersten Zellenfeldbereiches 101 entsprechend der Erläuterungen zu den 8 bis 10 modifiziert werden, um ebenfalls die ”Latch-Up”-Festigkeit des Leistungs-IGBT zu erhöhen.In summary, it should again be noted that the basis of the 2 to 7 explained measures for increasing the "latch-up" strength, namely local lowering of the emitter efficiency by locally reduced emitter doping, local increase of the doping concentration of the field stop zone or local reduction of the carrier lifetime in the drift zone respectively alternatively to each other or together can be made. In addition or as an alternative to these measures, transistor cells can be provided in the edge region of the first cell field region 101 as explained in the notes to the 8th to 10 be modified to also increase the "latch-up" strength of the power IGBT.
Maßnahmen zur Erhöhung der ”Latch-Up”-Festigkeit eines Leistungs-IGBT wurden zuvor anhand eines Leistungs-IGBT erläutert, der ein Zellenfeld mit planaren Transistorzellen bzw. DMOS-Zellen aufweist. Diese Maßnahmen, nämlich eine Reduzierung des Emitterwirkungsgrades durch eine lokal reduzierte Dotierung der Emitterzone oder durch eine lokal erhöhte Dotierung einer Feldstoppzone oder eine lokale Absenkung der Ladungsträgerlebensdauer in der Driftzone sind selbstverständlich auch auf Leistungs-IGBT anwendbar, die ein Zellenfeld mit Trench-Zellen aufweist.Measures for increasing the latch-up strength of a power IGBT have previously been explained by means of a power IGBT which has a cell array with planar transistor cells or DMOS cells. These measures, namely a reduction of the emitter efficiency by a locally reduced doping of the emitter zone or by a locally increased doping of a field stop zone or a local reduction of the carrier lifetime in the drift zone are of course also applicable to power IGBT having a cell array with trench cells.
11 zeigt einen solchen Leistungs-IGBT mit Trench-Zellen. Dieser IGBT unterscheidet sich von dem zuvor erläuterten IGBT mit planaren Zellen dadurch, dass die Gate-Elektroden 16 der einzelnen Transistorzellen 13 wenigstens abschnittsweise in Gräben angeordnet sind, die sich in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper 100 hinein erstrecken. 11 shows such a power IGBT with trench cells. This IGBT differs from the IGBT explained above with planar cells in that the gate electrodes 16 the individual transistor cells 13 at least in sections are arranged in trenches extending in the vertical direction in the semiconductor body 100 extend into it.
Die Gate-Elektroden 16 sind hierbei ebenfalls durch eine Gate-Isolationsschicht 17 gegenüber Halbleiterzonen des Halbleiterkörpers 100 isoliert und erstrecken sich in vertikaler Richtung durch die Bodyzonen 14 bis in die Driftzone 12. Die einzelnen Transistorzellen können hierbei insbesondere eine gemeinsame Bodyzone besitzen. Kanalzonen, in denen sich bei Anlegen eines Ansteuerpotentials an die Gate-Elektroden 16 leitende Kanäle in den Bodyzonen 14 ausbilden, verlaufen bei diesem Bauelement in vertikaler Richtung.The gate electrodes 16 are also by a gate insulation layer 17 to semiconductor zones of the semiconductor body 100 isolated and extending in a vertical direction through the body zones 14 into the drift zone 12 , In this case, the individual transistor cells may in particular have a common body zone. Channel zones in which, when applying a driving potential to the gate electrodes 16 conductive channels in the body zones 14 form, run in this device in the vertical direction.
Die eingangs erläuterte ”Latch-Up”-Problematik im Übergangsbereich zwischen einem ersten Zellenfeldabschnitt 101 mit einer ersten Zellendichte und einem zweiten Zellenfeldabschnitt mit einer geringeren zweiten Zellendichte besteht bei einem Leistungs-IGBT mit Trenchzellen in gleicher Weise. Zur Vermeidung oder Reduzierung dieser Problematik ist bei dem Bauelement gemäß 11 vorgesehen, den Emitterwirkungsgrad der Emitterzone 11 im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnitts 102 zu reduzieren. Hierzu ist in dem Beispiel die Dotierung des Emitters 11 in dem zweiten Emitterabschnitt 112 gegenüber einer Dotierung des Emitters in dem ersten Emitterabschnitt reduziert. Alternativ oder zusätzlich zu einer Reduzierung des Emitterwirkungsgrades durch eine lokale Reduzierung der Emitterdotierung kann der Emitterwirkungsgrad in erläuterter Weise dadurch reduziert werden, dass eine Feldstoppzone vorgesehen wird, die im Bereich des zweiten Zellenfeldabschnittes eine lokal erhöhte Dotierung aufweist.The initially explained "latch-up" problem in the transition region between a first cell array section 101 with a first cell density and a second cell array portion having a lower second cell density, in a trench cell power IGBT, the same applies. To avoid or reduce this problem is in the device according to 11 provided, the emitter efficiency of the emitter zone 11 in the area of the second cell field section 102 to reduce. For this purpose, in the example, the doping of the emitter 11 in the second emitter section 112 reduced compared to a doping of the emitter in the first emitter section. Alternatively or in addition to a reduction of the emitter efficiency by a local reduction of the emitter doping, the emitter efficiency can be reduced in the manner explained by providing a field stop zone which has a locally increased doping in the region of the second cell field section.
Alternativ oder zusätzlich zu einer Reduzierung des Emitterwirkungsgrades können bei einem Leistungs-IGBT mit Trenchzellen auch die weiteren zuvor anhand der 7 bis 10 erläuterten Maßnahmen zur Reduzierung bzw. Vermeidung der Latch-Up-Problematik getroffen werden. Diese Maßnahmen umfassen eine lokale Absenkung der Ladungsträgerlebensdauer in der Driftzone, eine lokal erhöhte Dotierung der Bodyzonen 14 benachbart zu den Sourcezone 15 in solchen Zellen, die am Rand des ersten Zellenfeldabschnitts 101 angeordnet sind, eine Verringerung der Abmessungen der Sourcezonen 15 in solchen Zellen, die am Rand des ersten Zellenfeldabschnitts 101 angeordnet sind, oder eine Vergrößerung der Kurzschlussfläche zwischen der Source-Elektrode 18 und der Bodyzone 14 am Rand des ersten Zellenfeldabschnittes 101.As an alternative or in addition to a reduction in the emitter efficiency, in the case of a power IGBT with trench cells, the others can also be used previously with reference to FIG 7 to 10 described measures are taken to reduce or avoid the latch-up problem. These measures include a local reduction of the charge carrier lifetime in the drift zone, a locally increased doping of the body zones 14 adjacent to the source zone 15 in such cells, at the edge of the first cell field section 101 are arranged, a reduction in the dimensions of the source zones 15 in such cells, at the edge of the first cell field section 101 are arranged, or an increase in the short-circuiting area between the source electrode 18 and the bodyzone 14 at the edge of the first cell field section 101 ,
