DE102011056956A1 - Halbleitervorrichtung mit Diode - Google Patents

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Abstract

Eine Halbleitervorrichtung (100) umfasst eine Kathode (C) und eine Anode (A). Die Anode (A) umfasst ein erstes p-Typ Halbleiteranodengebiet (204) und ein zweites p-Typ Halbleiteranodengebiet (206). Das erste p-Typ Halbleiteranodengebiet (204) ist mit einer Anodenkontaktfläche (218) elektrisch verbunden. Das zweite p-Typ Halbleiteranodengebiet (206) ist mit der Anodenkontaktfläche (218) über einen Schalter (S) elektrisch gekoppelt, wobei der Schalter (S) geeignet ist, eine elektrische Verbindung oder eine elektrische Trennung zwischen dem zweiten p-Typ Anodengebiet (206) und der Anodenkontaktfläche (218) herzustellen.

Description

  • HINTERGRUND
  • Halbleiterdioden werden in Halbleiteranwendungen vielfältig genutzt. In Halbleiterwandleranwendungen hat etwa die Wechselbeziehung zwischen dem Sperrverzögerungsverhalten und der Einschaltcharakteristik einer Freilaufdiode einen Einfluss auf die Wandlereigenschaften.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Wechselbeziehung, d. h. gegenseitige Abstimmung, zwischen dem Sperrverzögerungsverhalten und dem Einschaltverhalten einer Diode zu verbessern.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Lehre der nebengeordneten Patentansprüche. Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Diode mit einer ersten Anode und einer zweiten Anode, wobei die zweite Anode mit einem Schalter ein- und ausschalt bar ist.
  • 2 zeigt einen Querschnitt eines Bereichs einer Ausführungsform einer Diode mit einer ersten Anode und einer zweiten Anode, wobei die zweite Anode mit einem Feldeffekttransistor (Field Effect Transistor, FET) ein- und ausschaltbar ist.
  • 3 ist ein schematisches Diagramm eines p-Typ Dotierprofils entlang einer Linie A-A' (B-B') der in 2 gezeigten ersten Anode (zweiten Anode).
  • 4 zeigt einen Querschnitt eines Bereichs einer weiteren Ausführungsform einer Diode mit einer ersten Anode und einer zweiten Anode, wobei die erste Anode gegenüber einem ersten Bereich einer Kathode positioniert ist und der erste Bereich der Kathode eine kleinere mittlere n-Typ Dotierstoffkonzentration aufweist als ein zweiter Bereich der Kathode gegenüber der zweiten Anode.
  • 5 zeigt ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines Profils einer n-Typ Dotierung entlang einer Linie C-C' (D-D') des in 4 gezeigten ersten Kathodenbereichs (zweiten Kathodenbereichs).
  • 6 zeigt einen Querschnitt eines Bereichs einer weiteren Ausführungsform einer Diode mit einer ersten Anode und einer zweiten Anode, wobei die zweite Anode über ein Gate eines FETs, das sich entlang einer Kanalrichtung in ein Gebiet über einer n-Typ Driftzone erstreckt, ein- und ausschaltbar ist.
  • 7A zeigt einen Querschnitt eines Bereichs einer weiteren Ausführungsform einer Diode mit einer an eine Grabenisolation angrenzenden ersten Anode und einer zweiten Anode, wobei die zweite Anode mit einem Graben FET ein- und ausschaltbar ist.
  • 7B zeigt einen Querschnitt eines Bereichs einer weiteren Ausführungsform einer Diode mit einer an eine Grabenisolation angrenzenden ersten Anode und einer zweiten Anode, die mit einem Graben FET ein- und ausschaltbar ist, wobei sich die Gateelektrode des Graben FETs tiefer in eine n-Typ Driftzone erstreckt als die zweite Anode.
  • 8A zeigt einen Querschnitt eines Bereichs einer weiteren Ausführungsform einer Diode mit einer ersten Anode und einer zweiten Anode, wobei die zweite Anode mit einem Graben FET ein- und ausschaltbar ist.
  • 8B zeigt einen Querschnitt eines Bereichs einer weiteren Ausführungsform einer Diode mit einer ersten Anode und einer zweiten Anode, die mit einem Graben FET ein- und ausschaltbar ist, wobei sich die Gateelektrode des Graben FETs tiefer in eine n-Typ Driftzone erstreckt als die zweite Anode.
  • 9 zeigt einen Querschnitt eines Bereichs einer weiteren Ausführungsform einer Diode mit einer ersten Anode und einer zweiten Anode, wobei die erste Anode Teil einer merged PIN Schottkydiode ist.
  • 10 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Diode mit einer ersten Kathode und einer zweiten Kathode wobei die zweite Kathode mit einem Schalter ein- und ausschaltbar ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Diode 100 mit einer Anode A und einer Kathode C. Die Anode A umfasst eine erste Anode A1 und eine zweite Anode A2. Die erste Anode A1 ist mit einem Anodenkontakt elektrisch verbunden (nicht in 1 gezeigt). Die zweite Anode A2 ist über einen Schalter S mit dem Anodenkontakt elektrisch gekoppelt, wobei der Schalter S geeignet ist, eine elektrische Verbindung oder eine elektrische Trennung zwischen der zweiten Anode A2 und dem Anodenkontakt herzustellen.
  • Der Schalter S kann eine beliebige Vorrichtung sein, die geeignet ist, zwischen einem eingeschalteten Zustand, d. h. einem leitfähigen Zustand, und einem ausgeschalteten Zustand, d. h. einem nichtleitfähigen Zustand, umzuschalten. Beispielsweise kann der Schalter S einen Transistor wie einen FET oder einen Bipolartransistor umfassen.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann der Schalter S wenigstens teilweise in einem aktiven Gebiet der Diode 100 ausgebildet sein. Beispielsweise kann die zweite Anode A2 ein Halbleitergebiet umfassen, das sowohl der Diode 100 als auch dem Schalter S gemeinsam ist, z. B. ein p-Typ Halbleitergebiet, das die zweite Anode darstellt als auch ein Element aus Source und Drain (Emitter und Kollektor) eines FETs (Bipolartransistors). Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Schalter S in einem von dem aktiven Gebiet der Diode 100 verschiedenen aktiven Gebiet ausgebildet sein. Beispielsweise kann die zweite Anode A2 mit dem Schalter S über Kontaktstöpsel und/oder eine Verdrahtung elektrisch gekoppelt sein und der Schalter S kann mit dem Anodenkontakt über weitere Kontaktstöpsel und/oder eine andere Verdrahtung elektrisch gekoppelt sein. Die Kathode C umfasst einen Kathodenkontakt, z. B. einen metallischen Bereich, der sowohl der ersten Anode A1 und der zweiten Anode A2 gemeinsam ist.
  • Befindet sich der Schalter S in einem eingeschalteten Zustand, z. B. einem leitfähigen Zustand, so trägt die Anode A2 zum Stromfluss zwischen der Anode A und der Kathode C bei. Falls der Schalter S in einem ausgeschalteten Zustand ist, ist Stromfluss zwischen der Kathode C und der zweiten Anode A2 unterdrückt. Eine Anodeneffizienz ist in der zweiten Anode A2 höher eingestellt als in der ersten Anode A1; indem Anodenparameter, die einen Einfluss auf die Effizienz haben, wie etwa die Dotierstoffdosis, z. B. Dotierstoffkonzentration und vertikale Erstreckung der Dotierung oder Minoritätsträgerlebensdauer in der Anode A, geeignet gewählt werden. Die Diode 100 kann im ein- und ausgeschalteten Zustand des Schalters S Spannung sperren. Während die Diode 100 in einem sogenannten Hochgeschwindigkeitsmodus (high speed mode) mit einer geringen Ladungsträgerkonzentration und somit einem vorteilhaften Verzögerungsverhalten bei ausgeschaltetem Schalter S und mit ausgeschalterer zweiter Anode A2 betrieben wird, arbeitet die Diode 100 in einem sogenannten geringen Sättigungsmodus (low saturation mode) mit einer hohen Ladungsträgerkonzentration und einem geringen Einschaltwiderstand bei eingeschaltetem Schalter S und mit eingeschalteter zweiter Anode A2. Während der ausgeschaltete Zustand des Schalters S eine bessere Sperrverzögerungseigenschaft der Diode 100 ermöglicht, ermöglicht der eingeschaltete Schalter S eine bessere Einschaltcharakteristik der Diode 100. Indem somit zwischen dem eingeschalteten und dem ausgeschalteten Zustand des Schalters S in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Diode 100 umgeschaltet wird, lässt sich die gegenseitige Abstimmung zwischen dem Sperrverzögerungsverhalten und dem Einschaltverhalten der Diode 100 verbessern.
  • 2 zeigt einen Querschnitt eines Bereichs einer Ausführungsform einer Diode 200. Die Diode 200 umfasst eine n-Typ Driftzone 202 wie ein n-Typ Halbleitersubstrat, z. B. ein Si Substrat mit keiner, einer oder einer Mehrzahl darauf ausgebildeter Halbleiterschichten wie epitaktischer Schichten. Innerhalb der n-Typ Driftzone 202 sind ein erstes p-Typ Anodengebiet 204 und eine zweites p-Typ Anodengebiet 206 ausgebildet, wobei beide Gebiete an eine erste Seite 208 der n-Typ Driftzone 202 angrenzen. Eine Unterseite des zweiten p-Typ Anodengebiets 206 liegt tiefer innerhalb der n-Typ Driftzone 202 als die Unterseite des ersten p-Typ Anodengebiets 204, d. h. eine Erstreckung d2 des zweiten p-Typ Anodengebiets 206 entlang einer vertikalen Richtung 210 von der ersten Seite 208 in die n-Typ Driftzone 202 ist größer als die entsprechende Erstreckung d1 des ersten p-Typ Anodengebiets 204. Eine laterale Richtung 211 verläuft parallel zur ersten Seite 208 sowie senkrecht zur vertikalen Richtung 210.
  • Ein n-Typ Kathodengebiet 212 grenzt an die n-Typ Driftzone 202 an einer zweiten Seite 214 der n-Typ Driftzone 202 an. Das n-Typ Kathodengebiet 212 ist dem ersten p-Typ Anodengebiet 204 und dem zweiten p-Typ Anodengebiet 206 gemeinsam. Ein Kathodenkontakt 216 wie ein Metall oder eine Metallverbindung grenzt an das n-Typ Kathodengebiet 212 an.
  • Das erste p-Typ Anodengebiet 204 ist mit einem Anodenkontakt 218 an der ersten Seite 208 elektrisch verbunden. Der Anodenkontakt 208 kann einen oder eine Mehrzahl von Kontaktstöpseln und/oder eine oder mehrere Verdrahtungen umfassen.
  • Das zweite p-Typ Anodengebiet 206 ist mit dem Anodenkontakt 218 über einen FET 220 elektrisch gekoppelt. Der FET 220 umfasst das p-Typ Anodengebiet 206 als ein Element aus Source und Drain. Ein n-Typ Gebiet 221 ist innerhalb des p-Typ Anodengebiets 206 ausgebildet und grenzt an die erste Seite 208 an. Ein Kanal 222 ist an der ersten Seite 208 innerhalb des n-Typ Gebiets 221 angeordnet. Ein Leitfähigkeit des Kanals 222 ist über eine Gatestruktur 224 oberhalb des Kanals 222 steuerbar. Die Gatestruktur 224 umfasst ein Gatedielektrikum 226, z. B. SiO2, und eine Gateelektrode 228, z. B. ein leitendes oder halbleitendes Material wie ein Metall, eine Metallverbindung oder einen dotierten Halbleiter. Ein p-Typ Gebiet 230 stellt das andere Element aus Source und Drain des FETs 220 dar, ist im n-Typ Gebiet 221 angeordnet und grenzt an die erste Seite 208 an. Stromfluss zwischen Source und Drain des FETs 220 ist entlang der lateralen Richtung 211 an der ersten Seite 208 zwischen dem zweiten p-Typ Anodengebiet 206 als dem einen Element aus Source und Drain und dem p-Typ Gebiet 230 als dem anderen Element aus Source und Drain durch Anlegen einer entsprechenden Spannung an die Gateelektrode 228 steuerbar. Somit lässt sich das Sperrverzögerungsverhalten als auch die Einschalteigenschaften der Diode durch Ein- und Ausschalten des zweiten p-Typ Anodengebiets 206 mit dem FET 220 beeinflussen. Dadurch kann die gegenseitige Abstimmung zwischen dem Sperrverzögerungsverhalten und dem Einschaltverhalten verbessert werden.
  • Die Dotierung und vertikalen Abmessungen der ersten und zweiten p-Typ Anodengebiete 204, 206 können von der in 2 gezeigten Ausführungsform verschieden sein. Die Dosis der Dotierung des zweiten p-Typ Anodengebiets 206 kann größer eingestellt sein als die Dosis der Dotierung des ersten p-Typ Anodengebiets 204, indem z. B. eine Tiefe des p-Typ Anodengebiets 204 in der n-Typ Driftzone 202 größer eingestellt wird als die Tiefe des zweiten p-Typ Anodengebiets 206, was mit einer entsprechenden Erhöhung der Dotierstoffkonzentration im zweiten p-Typ Anodengebiet 206 verknüpft ist. Ein Verhältnis der Dotierstoffdosen zwischen dem zweiten p-Typ Anodengebiet 206 und dem ersten p-Typ Anodengebiet 204 kann beispielsweise zwischen 5 und 104, oder 5 bis 103 oder 5 bis 102 liegen.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Dotierstoffprofils N1 (N2) von p-Typ Fremdstoffen entlang einer Linie A-A' (B-B') im ersten p-Typ Anodengebiet 204 (zweiten p-Typ Anodengebiet 206) von 2.
  • Die Konzentration N1 der p-Typ Dotierung im ersten p-Typ Anodengebiet 204 der 2 ist kleiner als die Konzentration N2 der p-Typ Dotierung im zweiten p-Typ Anodengebiet 206. Dadurch kann die Anodeneffizienz des zweiten p-Typ Anodengebiets 206 größer eingestellt werden als die Anodeneffizienz im ersten p-Typ Anodengebiet 204. Die Konzentrationsprofile N1, N2 können geeignet eingestellt werden, indem etwa Implantationsparameter wie Energie und Dosis passend gewählt werden.
  • 4 zeigt einen Querschnitt eines Bereichs einer Diode 400 gemäß einer weiteren Ausführungsform, die der in 2 gezeigten Diode 200 ähnelt. Jedoch unterscheidet sich die Diode 400 von der Diode 200 durch ein zweites n-Typ Kathodengebiet 434 zusätzlich zum n-Typ Kathodengebiet 412. Das zweite n-Typ Kathodengebiet 434 ist gegenüber dem zweiten p-Typ Anodengebiet 406 angeordnet, fehlt jedoch in einem Gebiet gegenüber dem ersten p-Typ Anodengebiet 404. Zudem erstreckt sich das zweite n-Typ Kathodengebiet 434 tiefer in die n-Typ Driftzone 402 als das n-Typ Kathodengebiet 412, d. h. eine Erstreckung d4 des zweiten n-Typ Kathodengebiets 434 entlang der vertikalen Richtung 410 von der zweiten Seite 414 in die n-Typ Driftzone 402 ist größer als die entsprechende Erstreckung d3 des n-Typ Kathodengebiets 412. Dadurch lässt sich die Kathodeneffizienz in einem Gebiet gegenüber dem zweiten p-Typ Anodengebiet 406 größer einstellen als in einem Gebiet gegenüber dem ersten p-Typ Anodengebiet 404. Beispielsweise kann d4 größer eingestellt werden als d3, indem etwa Implantationsparameter wie die Implantationsenergie passend gewählt werden.
  • 5 ein schematisches Diagramm eines Profils der Konzentration N3 (N4) von n-Typ Fremdstoffen entlang einer Linie C-C' (D-D') des in 4 gezeigten n-Typ Kathodengebiets 412 (zweiten n-Typ Kathodengebiets 434) gemäß einer Ausführungsform.
  • Die Konzentration N3 der n-Typ Fremdstoffe im n-Typ Kathodengebiet 412 von 4 ist kleiner als die Konzentration N4 der n-Typ Fremdstoffe im zweiten n-Typ Kathodengebiet 434. Dadurch lässt sich die Kathodeneffizienz in einem Gebiet gegenüber dem zweiten p-Typ Anodengebiet 406 größer einstellen als in einem Gebiet gegenüber dem ersten p-Typ Anodengebiet 404. Die Profile der Konzentrationen N3, N4 lassen sich etwa durch geeignete Wahl von Implantationsparametern wie Energie und Dosis einstellen.
  • 6 zeigt einen Querschnitt eines Bereichs einer weiteren Ausführungsform einer Diode 600, die der in 2 gezeigten Diode 200 ähnelt. Jedoch unterscheidet sich die Diode 600 von der Diode 200 hinsichtlich der Abmessungen der Gatestruktur 624. Während eine laterale Ausdehnung der Gatestruktur 224 der in 2 gezeigten Diode 200 über dem zweiten p-Typ Anodengebiet 206 endet, endet die entsprechende laterale Abmessung der Gatestruktur 624 der Diode 600 in 6 über der n-Typ Driftzone 602. Dieses Unterscheidungsmerkmal ermöglicht den technischen Effekt einer weiteren Reduzierung der Ladungsträgerkonzentration in der n-Typ Driftzone 602 bei Betrieb der Diode 600 in einem unipolaren Modus ohne Sperrspannungsfähigkeit. In diesem unipolaren Modus wird eine positive Spannung an die Gateelektrode 628 angelegt, um einen Elektronenstrom entlang eines Kanals zwischen der n-Typ Drift 602 und dem n-Typ Gebiet 621 an der ersten Seite 608 zu ermöglichen. Es ist somit möglich, die Ladungsträgerkonzentration innerhalb der n-Typ Driftzone 602 zur reduzieren und die Diode 600 mit sehr großer Geschwindigkeit zu betreiben. Bevor jedoch der Betrieb mit der Sperrverzögerung fortfährt, muss die Diode 600 in einen Betriebsmodus mit einer Spannungssperrfähigkeit zurückkehren, z. B. durch Ändern der an die Gateelektrode 628 angelegten Spannung.
  • 7A zeigt einen Querschnitt eines Bereichs einer Diode 700 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Diode 700 unterscheidet sich von der in 2 gezeigten Diode 200 dadurch, dass das erste p-Typ Anodengebiet 704 lateral an eine Grabenisolation 738 angrenzt, die sich von der ersten Seite 708 in die Driftzone 702 entlang der vertikalen Richtung 710 erstreckt. Die Grabenisolation 738 kann durch Ätzen eines Grabens in die n-Typ Driftzone 702, z. B. durch einen Ätzprozess wie eine Trockenätzung, gefolgt von einem Füllen des Grabens mit einem elektrisch isolierenden Material wie etwa einem Oxid des Siliziums ausgebildet werden. In der Ausführungsform von 7A erstreckt sich die Grabenisolation 738 tiefer in die n-Typ Driftzone 702 als das erste p-Typ Anodengebiet 704, d. h. eine Unterseite der Grabenisolation 738 liegt unterhalb der Unterseite des ersten p-Typ Anodengebiets 704. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann eine Unterseite der Grabenisolation 738 ebenso oberhalb oder auf selber Höhe wie die Unterseite des ersten p-Typ Anodengebiets 704 liegen.
  • Die Diode 700 unterscheidet sich zudem von der in 2 gezeigten Diode 200 dadurch, dass der FET 720 ein Graben FET mit vertikalem Kanal ist und kein FET mit lateralem Kanal wie der FET 220. Die Gatestruktur 724 des FETs 720 umfasst eine Gateelektrode 728 und ein Dielektrikum 726 innerhalb eines Grabens. Laterale Seiten jedes zweiten p-Typ Anodengebiets 706, das eine Elektrode aus Source und Drain darstellt, das einen Kanal 722 umfassende n-Typ Gebiet 721 und das das andere Element aus Source und Drain darstellende p-Typ Gebiet 730 grenzen an die Gatestruktur 724 an. Die Leitfähigkeit des Kanals 722 ist durch die an die Gateelektrode 728 angelegte Spannung steuerbar.
  • 7B zeigt einen Querschnitt eines Bereichs einer Diode 700' gemäß einer weiteren Ausführungsform, wobei die Diode 700' ähnlich zu der in 7A gezeigten Diode 700 ist.
  • Die Diode 700' der 7B unterscheidet sich von der Diode 700 in 7A dadurch, dass sich die Gateelektrode 728' tiefer in die n-Typ Driftzone 702 erstreckt als das zweite p-Typ Anodengebiet 706, d. h. eine Unterseite der Gateelektrode 728' ist unterhalb der Unterseite des zweiten p-Typ Anodengebiets 706 angeordnet. Mit anderen Worten ist eine Tiefe d5 einer Unterseite der Gateelektrode 728' zur ersten Seite 708 größer als die Tiefe d6 der Unterseite des zweiten p-Typ Anodengebiets 706 zur ersten Seite 708.
  • Ähnlich wie die in 6 gezeigte Gateelektrode 628 des planaren FETs 620 ermöglicht die Gateelektrode 728' den technischen Effekt einer weiteren Reduktion der Ladungsträgerkonzentration in der n-Typ Driftzone 702 bei Betrieb der Diode 700' in einem unipolaren Modus ohne Sperrspannungsfestigkeit. In diesem unipolaren Modus wird eine positive Spannung an die Gateelektrode 728' angelegt, um einen Elektronenstrom entlang eines vertikalen Kanals zwischen der n-Typ Driftzone 702 und dem n-Typ Gebiet 721 an einer Seitenwand des Grabens zu ermöglichen. Es ist somit möglich, die Ladungsträgerkonzentration innerhalb der n-Typ Driftzone 702 zu reduzieren und die Diode 700' mit sehr hoher Geschwindigkeit zu betreiben. Bevor jedoch der Betrieb mit der Sperrverzögerung fortsetzt, muss die Diode 700' in einen Betriebsmodus mit einer Spannungssperrfestigkeit zurückkehren, z. B. durch Änderung der an die Gateelektrode 728' angelegten Spannung.
  • 8A zeigt einen Querschnitt eines Bereichs einer Diode 800 gemäß einer weiteren Ausführungsform, wobei die Diode 800 ähnlich zu der in 7A gezeigten Diode 700 ist.
  • Die Diode 800 unterscheidet sich von der Diode 700 in 7A dadurch, dass ihr Grabenisolationen, die an das erste p-Typ Anodengebiet 804 angrenzen, fehlen. Stattdessen ist das p-Typ Anodengebiet 804 von der n-Typ Driftzone 802 umgeben ähnlich wie bei den in den 2, 4 und 6 gezeigten Ausführungsformen.
  • 8B zeigt einen Querschnitt eines Bereichs einer Diode 800' gemäß einer weiteren Ausführungsform, wobei die Diode 800' der in 8A gezeigten Diode 800 ähnelt.
  • Die Diode 800' in 8B unterscheidet sich von der in 8A gezeigten Diode 800 dadurch, dass sich die Gateelektrode 828' tiefer in die n-Typ Driftzone 802 erstreckt als das zweite p-Typ Anodengebiet 806, d. h. eine Unterseite der Gateelektrode 828' liegt tiefer als die Unterseite des zweiten p-Typ Anodengebiets 806. Mit anderen Worten ist eine Tiefe d5 an der Unterseite der Gateelektrode 828' zur ersten Seite 808 größer als die Tiefe d6 der Unterseite des zweiten p-Typ Anodengebiets 806 zur ersten Seite 808. Im Hinblick auf den mit der Anordnung der Gateelektrode 828 verknüpften technischen Effekt wird Bezug auf die in 7B gezeigte Gateelektrode 728' und die zugehörige Beschreibung weiter oben genommen.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Diode einen FET mit lateralem Kanal sowie ein lateral an eine Grabenisolation angrenzendes p-Typ Anodengebiet umfassen.
  • Die Anordnung einer an das erste p-Typ Anodengebiet angrenzenden Grabenisolation ermöglicht eine Reduktion der Emittereffizienz in diesem Gebiet. Wird der Schalter als Graben FET ausgebildet, lässt sich die Kanalleitfähigkeit verbessern.
  • 9 zeigt einen Querschnitt eines Bereichs einer Diode 900 gemäß einer weiteren Ausführungsform, wobei die Diode 900 einen Kathodenkontakt 916, ein n-Typ Kathodengebiet 912, eine n-Typ Driftzone 902 und ein zweites p-Typ Anodengebiet 906 ähnlich wie bei den Dioden 200, 400 und 600 in den 2, 4 und 6 aufweist. Die ersten p-Typ Anodengebiete 904, 904' sind Teil einer merged PIN Schottkydiode. Die merged PIN Schottkydiode weist zudem einen Schottkyübergang zwischen einem Metallkontakt 942 an der ersten Seite 908 und der hieran angrenzenden n-Typ Driftzone 902 auf. Der Metallkontakt 942 kann Teil eines ersten Anodenkontakts 918 der Diode 900 sein oder hiermit elektrisch verbunden sein. Der Metallkontakt 942 stellt ebenso eine elektrische Verbindung zu den ersten p-Typ Anodengebieten 904, 904' her. Somit stellen die ersten p-Typ Anodengebiete 904, 904' und der Metallkontakt 942 in der merged PIN Schottkydiode die Anode dar.
  • Ein Schalter S stellt eine elektrische Verbindung oder eine elektrische Trennung zwischen dem zweiten p-Typ Anodengebiet 906 und dem Anodenkontakt 918 her. Gemäß einer Ausführungsform kann der Schalter S wenigstens teilweise in einem aktiven Gebiet der Diode 900 ausgebildet sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Schalter S in einem von dem aktiven Gebiet der Diode verschiedenen aktiven Gebiet ausgebildet sein. Anders als das zweite Anodengebiet 906 kann die Anode der merged PIN Schottkydiode üer den Schalter S ein- und ausgeschaltet werden. Da die merged PIN Schottkydiode eine Reduktion der Emittereffizienz erlaubt, kann die Differenz in der Effizienz der Diode 900 zwischen dem Betriebsmodus bei geöffnetem Schalter S und geschlossenem Schalter S weiter vergrößert werden, d. h. die Differenz in der Ladungsträgerkonzentration zwischen dem Betriebsmodus bei geöffnetem Schalter S und geschlossenem Schalter S kann weiter vergrößert werden.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen können die Leitfähigkeitstypen der beschriebenen Halbleitergebiete vertauscht sein. Somit entspräche eine oben beschriebene Anode einer Kathode und eine oben beschriebene Kathode entspräche einer Anode. Dieser Fall ist schematisch in 10 gezeigt. Bei der in 10 gezeigten Ausführungsform umfasst eine Diode 100' eine Anode A und eine Kathode C. Die Kathode C umfasst eine erste Kathode C1 und eine zweite Kathode C2. Die erste Kathode C1 ist mit einem Kathodenkontakt elektrisch verbunden (nicht in 10 gezeigt). Die zweite Kathode C2 ist mit dem Kathodenkontakt C2 über einen Schalter S elektrisch gekoppelt, wobei der Schalter S geeignet ist, eine elektrische Verbindung oder eine elektrische Trennung zwischen der zweiten Kathode C2 und dem Kathodenkontakt herzustellen.
  • Die oben in den 2 bis 9 gezeigten Ausführungsformen finden auch auf die Diode 100' Anwendung durch Vertauschen von Anode und Kathode sowie n- und p-Typ.
  • Begriffe mit relativem räumlichen Bezug wie ”unter”, ”unterhalb”, ”tiefer”, ”über”, ”oberhalb” und dergleichen dienen der einfacheren Beschreibung der Positionierung eines Elements relativ zu einem zweiten Element. Diese Ausdrücke sollen verschiedene Orientierungen der Vorrichtung zusätzlich zu den in den Figuren gezeigten Ausrichtungen umfassen. Zudem dienen die Ausdrücke ”erste”, ”zweite” und dergleichen zur Beschreibung verschiedener Elemente, Gebiete, Abschnitte, und sind ebenso nicht beschränkend. Ähnliche Begriffe dienen der Beschreibung ähnlicher Elemente in dieser Beschreibung.
  • Begriffe wie „umfassen”, „enthalten”, „aufweisen” und ähnliche Begriffe sind offene Begriffe, d. h. neben den „umfassten” Elementen können weitere Elemente vorliegen. Mit bestimmten und unbestimmten Artikeln gekennzeichnete Elemente können sowohl im Singular oder auch im Plural vorliegen, sofern nicht ausdrücklich anders gekennzeichnet.
  • Der hierin verwendete Ausdruck „elektrisch gekoppelt” schließt neben einer direkten Kopplung der betroffenen Elemente auch eine indirekte Kopplung über zwischenliegende Elemente ein.
  • Der Ausdruck ”aktives Gebiet” bezieht sich auf ein Halbleitergebiet einer Vorrichtung, das von Halbleitergebieten anderer Bereiche etwa durch eine Isolation wie eine Graben- oder pn-Übergangsisolation getrennt ist.
  • Der hierin verwendete Ausdruck ”Dotierstoffdosis” eines bestimmten Leitungstyps, z. B. n-Typ der p-Typ, bezieht sich auf die Anzahl der Dotierstoffe dieses Leitungstyps, die in einen Halbleiterkörper wie etwa eine Driftzone pro Einheitsfläche durch ein geeignetes Verfahren wie etwa Ionenimplantation eingebracht werden.
  • Die in den verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen Elemente können beliebig miteinander kombiniert werden, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen. Ähnliche Bezugskennzeichnen dienen der Bezeichnung ähnlicher Elemente.

Claims (26)

  1. Eine Halbleitervorrichtung (100), die umfasst: eine Kathode (C); und eine Anode (A), die ein erstes p-Typ Halbleiteranodengebiet (204) und ein zweites p-Typ Halbleiteranodengebiet (206) aufweist, wobei das erste p-Typ Halbleiteranodengebiet (204) mit einer Anodenkontaktfläche (218) elektrisch verbunden ist und das zweite p-Typ Halbleiteranodengebiet (206) mit der Anodenkontaktfläche (218) über einen Schalter (S) elektrisch gekoppelt ist, und der Schalter (S) geeignet ist, eine elektrische Verbindung oder eine elektrische Trennung zwischen dem zweiten p-Typ Halbleiteranodengebiet (206) und der Anodenkontaktfläche (218) herzustellen.
  2. Die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine n-Typ Dotierstoffdosis in einem ersten Bereich der Kathode (C) gegenüber dem ersten p-Typ Halbleiteranodengebiet (404) kleiner ist als die n-Typ Dotierstoffdosis in einem zweiten Gebiet der Kathode (C) gegenüber dem zweiten p-Typ Halbleiteranodengebiet (406).
  3. Die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei ein Verhältnis der Dosen der n-Typ Dotierung im zweiten Bereich der Kathode (C) zur Dosis der n-Typ Dotierung im ersten Bereich der Kathode (C) zwischen 5 und 104 liegt.
  4. Die Halbleitervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Dosis der p-Typ Dotierung im ersten p-Typ Halbleiteranodengebiet (204) kleiner ist als die Dosis der p-Typ Dotierung im zweiten p-Typ Halbleiteranodengebiet (206).
  5. Die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, wobei ein Verhältnis der Dosen der p-Typ Dotierung im zweiten p-Typ Halbleiteranodengebiet (206) zur Dosis der p-Typ Dotierung im ersten p-Typ Halbleiteranodengebiet (204) zwischen 5 und 104 liegt.
  6. Die Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Unterseite des zweiten p-Typ Halbleiteranodengebiets (206) tiefer innerhalb eines Halbleitersubstrats liegt als eine Unterseite des ersten p-Typ Halbleitergebiets (204).
  7. Die Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter umfassend: eine n-Typ Driftzone (202), die zwischen dem ersten p-Typ Halbleiteranodengebiet (204) und dem zweiten p-Typ Halbleiteranodengebiet (206) sowie zwischen der Kathode (C) und der Anode (A) angeordnet ist.
  8. Die Halbleitervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste p-Typ Halbleiteranodengebiet (904) ein Teil einer merged Pin Schottkydiode ist.
  9. Die Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Schalter (S) einen Feldeffekttransistor umfasst.
  10. Die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei das zweite p-Typ Halbleiteranodengebiet (206) ein Element aus Source und Drain des Feldeffekttransistors ist.
  11. Die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Schalter (S) ein planarer Feldeffekttransistor mit einem lateralen Kanal oder ein Grabenfeldeffekttransistor mit einem vertikalen Kanal ist.
  12. Die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Schalter (S) ein erstes n-Typ Hilfsgebiet (221) und ein zweites p-Typ Hilfsgebiet (230) aufweist und das zweite p-Typ Hilfsgebiet (230) das andere Element aus Source und Drain des Feldeffekttransistors darstellt.
  13. Die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12, wobei das erste n-Typ Hilfsgebiet (221) und das zweite p-Typ Hilfsgebiet (230) mit der Anodenkontaktfläche (218) elektrisch verbunden sind.
  14. Die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei: der Schalter (S) ein planarer Feldeffekttransistor mit einem lateralen Kanal ist; das erste n-Typ Hilfsgebiet (221) im zweiten p-Typ Halbleiteranodengebiet (206) angeordnet ist; das zweite p-Typ Hilfsgebiet (230) im ersten n-Typ Hilfsgebiet (221) angeordnet ist; das zweite p-Typ Halbleiteranodengebiet (206), das erste n-Typ Hilfsgebiet (221) und das zweite p-Typ Hilfsgebiet (206) jeweils an eine Oberfläche (208) eines Halbleitersubstrats angrenzen; und ein Gate (220) oberhalb des ersten n-Typ Hilfsgebiets angeordnet ist, wobei das Gate geeignet ist, eine Leitfähigkeit eines im ersten n-Typ Hilfsgebiet (221) an der Oberfläche (208) zwischen dem zweiten p-Typ Hilfsgebiet (230) und dem zweiten p-Typ Halbleiteranodengebiet (206) angeordneten Kanals zu steuern.
  15. Die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14, wobei eine Erstreckung des Gates (220) entlang einer Kanalrichtung parallel zur Oberfläche (208) zwischen der Source und dem Drain des planaren Feldeffekttransistors über dem zweiten p-Typ Halbleiteranodengebiet (206) endet.
  16. Die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14, wobei eine Erstreckung des Gates (620) entlang einer Kanalrichtung parallel zur Oberfläche (608) zwischen der Source und dem Drain des planaren Feldeffekttransistors über einer n-Typ Driftzone (602) endet.
  17. Die Halbleitervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Sperrfähigkeit zwischen der Anode (A) und der Kathode (C) zwischen 0,6 kV und 10 kV liegt.
  18. Die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 13, wobei: der Schalter (S) ein Grabenfeldeffekttransistor mit einem vertikalen Kanal ist; das erste n-Typ Hilfsgebiet (721) im zweiten p-Typ Halbleiteranodengebiet (706) angeordnet ist; das zweite p-Typ Hilfsgebiet (730) im ersten n-Typ Hilfsgebiet (721) angeordnet ist; das erste n-Typ Hilfsgebiet (721) und das zweite p-Typ Hilfsgebiet (730) an eine Oberfläche (708) eines Halbleitersubstrats angrenzen; und eine Gateelektrode (728) innerhalb eines Grabens angeordnet ist, wobei die Gateelektrode (728) geeignet ist, die Leitfähigkeit eines im ersten n-Typ Hilfsgebiet (721) an einer Seitenwand des Grabens zwischen dem zweiten p-Typ Hilfsgebiet (730) und dem zweiten p-Typ Halbleiteranodengebiet (706) angeordneten Kanals zu steuern.
  19. Die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 18, wobei eine Unterseite der Gateelektrode (728) tiefer innerhalb des Halbleitersubstrats endet als eine Unterseite des zweiten p-Typ Anodengebiets (706).
  20. Die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 18, wobei eine Unterseite der Gateelektrode (728) innerhalb des Halbleitersubstrats in einer selben Tiefe oder unterhalb einer Unterseite des zweiten p-Typ Anodengebiets (706) endet.
  21. Die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste p-Typ Halbleiteranodengebiet (704) an eine Grabenisolation (738) angrenzt.
  22. Die Halbleitervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Minoritätsträgerlebensdauer im zweiten p-Typ Halbleiteranodengebiet (206) größer ist als im ersten p-Typ Halbleiteranodengebiet (204).
  23. Die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 22, wobei ein Verhältnis der Minoritätsträgerlebensdauer im zweiten p-Typ Halbleiteranodengebiet (206) zur Minoritätsträgerlebensdauer im ersten p-Typ Halbleiteranodengebiet (204) zwischen 5 bis 104 liegt.
  24. Die Halbleitervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Effizienz des zweiten p-Typ Halbleiteranodengebiets (206) größer ist als eine Effizienz des ersten p-Typ Halbleiteranodengebiets (204).
  25. Die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 24, wobei ein Verhältnis der Effizienz des zweiten p-Typ Halbleiteranodengebiets (206) zur Effizienz des ersten p-Typ Halbleiteranodengebiets (204) zwischen 5 bis 104 liegt.
  26. Eine Halbleitervorrichtung (100), die umfasst: eine Anode (A); und eine Kathode (C), die ein erstes n-Typ Halbleiterkathodengebiet und ein zweites n-Typ Halbleiterkathodengebiet aufweist, wobei das erste n-Typ Halbleiterkathodengebiet mit einer Kathodenkontaktfläche elektrisch verbunden ist und das zweite n-Typ Halbleiterkathodengebiet mit der Kathodenkontaktfläche über einen Schalter (S) elektrisch gekoppelt ist, wobei der Schalter (S) geeignet ist, eine elektrische Verbindung oder eine elektrische Trennung zwischen dem zweiten n-Typ Halbleiterkathodengebiet und der Kathodenkontaktfläche herzustellen.
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