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HINTERGRUND
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Rückwärts leitende Halbleitervorrichtungen, z. B. rückwärts leitende Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (RC IGBTs) erlauben einen Betrieb in einem Transistormodus, z. B. einem IGBT-Modus, und in einem Diodenmodus, z. B. einem Freilaufdioden-Modus, in dem ein gleiches aktives Gebiet in einem Halbleiterkörper verwendet wird. Während eines Designs bzw. Auslegens von rückwärts leitenden Halbleitervorrichtungen müssen Ausgleiche bzw. Abgleiche zwischen elektrischen Eigenschaften bzw. Charakteristiken bzw. Kennlinien in Dioden- und Transistor-Moden beachtet bzw. berücksichtigt werden, z. B. Ausgleiche bzw. Abgleiche zwischen Vorwärts- bzw. Durchlass-Eigenschaften bzw. Kennlinien, Robustheit und Softness bzw. Weichheit. Reverse Conducting IGBTs (RC IGBTs) sind beispielsweise beschrieben in den Druckschriften
JP 2011-114027 A und Jiang H. et al.: A Snapback Suppressed Reverse-Conducting IGBT With a Floating p-Region in Trench Collector, IEEE Electron Device Letters, Vol. 33, Nr. 3, März 2012, Seite 417ff.
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Es ist wünschenswert, rückwärts leitende Halbleitervorrichtungen auszulegen bzw. zu haben, die einen verbesserten Ausgleich bzw. Abgleich zwischen den elektrischen Eigenschaften in einem Diodenmodus und in einem Transistormodus einschließen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine rückwärts leitende Halbleitervorrichtung bzw. einen rückwärts leitenden Bipolartransistor mit isoliertem Gate anzugeben, die jeweils die obigen Anforderungen erfüllen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche 1 und 2. Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel einer Halbleitervorrichtung umfasst der Halbleiter eine Driftzone eines ersten Leitungs- bzw. Leitfähigkeitstyps, die zwischen einer ersten Seite und einer zweiten Seite des Halbleiterkörpers angeordnet ist. Die Halbleitervorrichtung umfasst weiterhin einen ersten Bereich des ersten Leitfähigkeitstyps und einen zweiten Bereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die nacheinander entlang einer ersten Richtung parallel zu der zweiten Seite angeordnet sind. Die Halbleitervorrichtung umfasst außerdem eine Elektrode an der zweiten Seite, die an die ersten und zweiten Bereiche angrenzt. Die Halbleitervorrichtung umfasst weiterhin einen dritten Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps, der zwischen der Driftzone und dem ersten Bereich angeordnet ist. Der dritte Bereich ist von dem zweiten Bereich und von der zweiten Seite beabstandet gelegen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel eines RC IGBTs umfasst dieser eine Driftzone eines ersten Leitfähigkeitstyps, die zwischen einer Emitterseite und einer Kollektorseite eines Halbleierkörpers angeordnet ist. Der RC IGBT umfasst weiterhin einen ersten Emitterbereich des ersten Leitfähigkeitstyps und einen zweiten Emitterbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die nacheinander entlang einer ersten Richtung parallel zu der zweiten Seite angeordnet sind. Der RC IGBT umfasst außerdem eine Elektrode an der zweiten Seite, die an die ersten und zweiten Emitterbereiche angrenzt. Der RC IGBT umfasst außerdem einen dritten Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps, der zwischen der Driftzone und dem ersten Bereich angeordnet ist. Der dritte Bereich ist von dem zweiten Emitterbereich und von der zweiten Seite beabstandet gelegen.
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Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile nach Lesen der folgenden Detailbeschreibung und nach Betrachten der begleitenden Zeichnungen erkennen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die begleitenden Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis der vorliegenden Erfindung zu liefern, und sie sind in der Offenbarung beinhaltet und bilden einen Teil von dieser. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung von Prinzipien der Erfindung. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile werden sofort erkennbar, da sie unter Hinweis auf die folgende Detailbeschreibung besser zu verstehen sind. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht zueinander. Gleiche Bezugszeichen geben einander entsprechende ähnliche Teile an.
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1A ist ein schematischer Schnitt eines RC IGBT einschließlich einer potenzialfreien bzw. floatenden p–-Typ-Halbleiterzone zum Verbessern des Ausgleiches bzw. Abgleiches zwischen den elektrischen Eigenschaften in einem Diodenmodus und in einem Transistormodus.
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1B ist eine schematische Darstellung von verschiedenen Strom/Spannung-Kennlinien eines RC IGBT.
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1C veranschaulicht ein Beispiel einer Anordnung von Halbleiterzonen, die die IGBT-Zellen bilden, welche in 1A gezeigt sind.
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2 bis 6 sind schematische Schnitte von RC IGBTs einschließlich verschiedener Auslegungen bzw. Designs einer floatenden bzw. potenzialfreien p–-Typ-Halbleierzone zum Verbessern des Ausgleiches bzw. Abgleiches zwischen den elektrischen Eigenschaften in einem Diodenmodus und in einem Transistormodus.
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7A bis 7C veranschaulichen Beispiele von Auslegungen bzw. Designs von p+-Typ-Bereichen, die als ein Emitter in einem IGBT-Modus wirken, und von n+-Typ-Bereichen, die als ein Emitter in einem Diodenmodus eines RC IGBT wirken.
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DETAILBESCHREIBUNG
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In der folgenden Detailbeschreibung wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen für Veranschaulichungszwecke spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Es ist zu verstehen, dass andere Ausführungsbeispiele verwendet und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können Merkmale, die als ein Teil eines Ausführungsbeispieles dargestellt oder beschrieben sind, zusammen mit anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden, um noch ein weiteres Ausführungsbeispiel zu liefern. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung derartige Abwandlungen und Veränderungen einschließt. Die Beispiele sind mittels einer spezifischen Sprache beschrieben, die aber nicht so aufgefasst werden sollte, dass sie den Beriech der beigefügten Patentansprüche begrenzt. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich für Veranschaulichungszwecke. Zur Klarheit sind die gleichen Elemente oder Herstellungsprozesse mit den gleichen Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen versehen, falls nicht anderes festgestellt wird.
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Der in der Beschreibung verwendete Ausdruck „elektrisch gekoppelt” soll nicht bedeuten, dass die Elemente direkt miteinander gekoppelt sein müssen. Vielmehr können dazwischen liegende Elemente zwischen den „elektrisch gekoppelten” Elementen vorgesehen sein. Als ein Beispiel können keines der, ein Teil der oder alle dazwischen liegenden Elemente steuerbar sein, um eine niederohmige Verbindung und zur einer anderen Zeit eine nicht niederohmige Verbindung zwischen den „elektrische gekoppelten” Elementen zu liefern. Der Ausdruck „elektrisch gekoppelt” soll eine niederohmige elektrische Verbindung zwischen den elektrisch miteinander verbundenen Elementen, beispielsweise eine Verbindung über ein Metall und/oder einen hochdotierten Halbleiter beschreiben.
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Einige Figuren beziehen sich auf relative Dotierkonzentrationen durch Angabe von „–„ oder „+„ nächst dem Dotiertyp. Beispielsweise bedeutet „–„ eine Dotierkonzentration, die kleiner als die Dotierkonzentration eines „n”-Dotierbereiches ist, während ein „n+„-Dotierbereich eine größere Dotierkonzentration als der Dotierbereich hat. Dotierbereiche oder Dotierungsbereiche der gleichen relativen Dotierkonzentration können, müssen aber nicht die gleiche absolute Dotierkonzentration haben. Beispielsweise können zwei verschiedene n+-dotierte Bereiche verschiedene absolute Dotierkonzentrationen haben. Das gleiche gilt beispielsweise für einen n–-dotierten und einen p+-dotierten Bereich. In den Ausführungsbeispielen, die unten beschrieben sind, ist ein Leitfähigkeitstyp der veranschaulichten Halbleiterbereiche durch einen n-Typ oder einen p-Typ und in mehr Einzelheiten durch einen Typ aus einem n–-Typ, einem n-Typ, einem n+-Typ, einem p–-Typ, einem p-Typ und einem p+-Typ angegeben. In jedem der veranschaulichten Ausführungsbeispiele kann der Leitfähigkeitstyp der gezeigten Halbleiterbereiche umgekehrt sein. Mit anderen Worten, in einem alternativen Ausführungsbeispiel zu irgendeinem der unten beschriebenen Ausführungsbeispiele kann ein gezeigter p-Typ Beriech ein n-Typ und ein gezeigter n-Typ Bereich ein p-Typ sein.
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Zudem dienen die Ausdrücke „erste”, „zweite” und dergleichen zur Beschreibung verschiedener Strukturen, Elemente, Gebiete, Abschnitte, und sie sind ebenso nicht beschränkend. Ähnliche Begriffe dienen der Beschreibung ähnlicher Elemente in dieser Beschreibung.
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Begriffe wie „umfassen”, „enthalten”, „aufweisen” und ähnliche Begriffe sind offene Begriffe, dass heißt neben den „umfassten” Elementen können weitere Elemente vorliegen. Mit bestimmten und unbestimmten Artikeln gekennzeichnete Elemente können sowohl im Singular als auch im Plural vorliegen, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist.
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1A veranschaulicht einen Schnitt eines Teiles einer RC IGBT-Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Halbleitervorrichtung 100 umfasst einen Halbleiterkörper 101, z. B. ein Halbleitersubstrat einschließlich keiner, einer, oder mehrerer Halbleiterschichten darauf. Als ein Beispiel umfasst das Halbleitersubstrat Silizium.
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Eine Emitterseite 102 des Halbleiterkörpers 101, z. B. eine erste Seite, umfasst IGBT-Zellen 104. Die IGBT-Zellen 104 sind in einer vereinfachten Weise veranschaulicht und umfassen jegliche geeignete Anordnung von die elektrischen(m) Material(ien), Halbleitermaterial(ien) und leitendem(n) Material(ien), die als Emitter und Gate eines IGBT gestaltet sind.
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Zwischen der Emitterseite 102 und einer Kollektorseite 105, beispielsweise einer zweiten Seite, ist eine n–-Typ-Driftzone 106 angeordnet. Die n–-Typ-Driftzone 106 kann ein Teil des Halbleiterkörpers 101 sein.
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Ein n+-Typ-Bereich 107 und ein p+-Typ-Bereich 108 sind aufeinander folgend längs einer lateralen Richtung x parallel zu der Kollektorseite 105 angeordnet. Der n+-Typ-Bereich 107 wirkt als ein Emitter in einem Diodenmodus des RC IGBT 100. Der p+-Typ-Bereich 108 wirkt als ein Emitter in einem IGBT-Modus des RC IGBT 100. Eine Elektrode 111, die ein leitendes Material, beispielsweise ein Metall, eine Metalllegierung oder eine Kombination hiervon umfasst, ist elektrisch mit beiden Bereichen aus dem p+-Typ-Bereich 108 und dem n+-Typ-Bereich 107 gekoppelt.
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Ein p–-Typ-Halbleiterbereich 109 ist über dem n+-Typ-Bereich 107 angeordnet und bedeckt wenigstens teilweise den n+-Typ-Bereich 107. Gemäß dem in 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel bedeckt der p–-Typ-Halbleiterbereich 109 einen Teil des n+-Typ-Bereiches 107 und ist abwesend in einem Gebiet über dem p+-Typ-Bereich 108. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel bedeckt der p–-Typ-Halbleiterbereich 109 vollständig den n+-Typ-Bereich 107 und ist abwesend in einem Gebiet über den p+-Typ-Bereich 108. Gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel bedeckt der p–-Typ-Halbleiterbereich 109 wenigstens teilweise den n+-Typ-Bereich 107 und bedeckt teilweise ein Gebiet über dem p+-Typ-Bereich 108. Das Bedeckungsverhältnis des n+-Typ-Bereiches 107 und des p+-Typ-Bereiches 108 kann hinsichtlich einer Anordnung einer Vielzahl von n+-Typ-Bereichen 107 und p+-Typ-Bereichen 108 variieren. Der p–-Typ-Emitterbereich 109 und der p+-Typ-Bereich 108 sind voneinander beabstandet, und ein kürzester Abstand zwischen dem p–-Typ-Halbleiterbereich 109 und dem p+-Typ-Bereich 108 wird mit kleinem d bezeichnet und erfüllt die Beziehung d > 0 μm. Mit anderen Worten, der p–-Typ-Halbleiterbereich 109 ist elektrisch potenzialfrei bzw. floatend. Als ein Beispiel kann der p–-Typ-Halbleiterbereich 109 vollständig durch n-Typ-Halbleitermaterial umgeben sein.
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Eine n-Typ-Feldstopzone 110 ist zwischen der n–-Typ-Driftzone 106 und dem p–-Typ-Halbleiterbereich 109 angeordnet. Die n-Typ-Feldstopzone 110 grenzt an den p–-Typ-Halbleiterbereich 109 an und bedeckt den n+-Typ-Bereich 107 und den p+-Typ-Bereich 108.
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Der p–-Typ-Halbleiterbereich 109 erlaubt es, einen Abgleich bzw. Ausgleich zwischen den elektrischen Eigenschaften in einem Diodenmodus und in einem IGBT-Modus zu verbessern. In einem RC IGBT ohne den p–-Typ-Halbleiterbereich 109 erfordert eine Injektion von Löchern von dem p+-Typ-Emitterbereich 108 in die n–-Typ-Driftzone 106, das heißt ein Einsetzen eines bipolaren Stromflusses zwischen der Emitterseite 102 und der Kollektorseite 103 einen in Vorwärts- bzw. in Durchlassrichtung vorgespannten Übergang zwischen dem p+-Typ-Bereich 108 und der n–-Typ-Driftzone 106. Dieser Übergang kann in Durchlassrichtung bzw. vorwärts durch einen resistiven Spannungsabfall durch Elektronen vorgespannt sein, die durch die n–-Typ-Driftzone 106 zu dem n+-Typ-Bereich 107 fließen. Eine Verminderung der lateralen Dimensionen bzw. Abmessungen des p+-Typ-Bereiches 108 kann zu einer Zunahme einer Elektronenstromdichte führen, die erforderlich ist, um den Übergang zwischen dem p+-Typ-Bereich 108 und der n–-Typ-Driftzone 106 vorwärts vorzuspannen. Dieses Strom/Spannungs-(IV-)Verhalten kann begleitet sein durch eine Charakteristik in dem IV-Verhalten, welches hier als „Nase” bezeichnet ist, die als eine Kurve 230 in dem schematischen Kurvendiagramm von 1B veranschaulicht ist. Die in 1B gezeigte Kurve 230 ist ein Beispiel einer IV-Charakteristik bzw. -kennlinie für einen RC IGBT, der ein Muster von sukzessiven bzw. aufeinander folgend angeordneten p+-Typ-Emitterbereichen und n+-Typ-Emitterbereichen mit typischen lateralen Dimensionen bzw. Abmessungen von weniger als 5 mal die Dicke des Driftbereiches einschließt und den p–-Typ-Halbleiterbereich 109 nicht hat. Ein unipolarer Strom fließt bis zu einem Strom I_J, der einer Spannung U_J zugeordnet ist. Für Ströme größer als I_J wird der p+-Typ-Emitterbereich vorwärts vorgespannt und triggert einen bipolaren Stromfluss bzw. löst diesen aus. Dies führt zu einem Zurückschnappen der Spannung bis zu einem Wert U_JB < U_J. Eine Gegenmaßnahme zum Reduzieren oder Vermeiden der Nase oder des Zurückschnappens, während die Abmessungen oder Dimensionen der p+-Typ- und der n+-Typ-Emitterbereiche beibehalten werden, liegt in der Anordnung des p–-Typ-Halbleiterbereiches 109. Eine Emission von Löchern aus dem p–-Typ-Halbleiterbereich 109 tritt bei niedrigen Stromdichten auf, das heißt bei Strömen I < I_J, indem der pn-Übergang zwischen dem potentialfreien bzw. floatenden p–-Typ-Halbleiterbereich 109 und dem umgebenden n-Typ-Halbleitermaterial in Avalanche bzw. Lawinendurchbruch betrieben wird, oder aufgrund eines Durchgriffes von dem floatenden bzw. potenzialfreien p–-Typ-Halbleiterbereich 109 zu dem p+-Typ-Bereich 108. Somit erlaubt es die Anordnung des p–-Typ-Halbleiterbereiches 109, die so genannte Nasencharakteristik bzw. -kennlinie in der IV-Kurve des RC IGBT in dem IGBT-Modus zu verhindern oder zu reduzieren. Als ein Beispiel kann die Anordnung des p–-Typ-Halbleiterbereiches 109 zu einer IV-Kurve führen, wie diese durch eine Kurve 240 in 1B veranschaulicht ist.
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Die 1C veranschaulicht ein Beispiel einer Anordnung von Halbleiterzonen, die die in 1A dargestellten IGBT-Zellen 104 bilden. Die IGBT-Zellen 104 umfassen einen p-Typ-Bodybereich 150 in dem Halbleiterkörper 101. Der p-Typ-Bodybereich 150 grenzt an die Emitterseite 102 an. Ein n+-Typ-Sourcebereich 160 ist in dem p-Typ-Bodybereich 150 gebildet. Der p-Typ-Bodybereich 150 und der n-Typ-Sourcebereich 160 sind elektrisch mit einer Kontaktstruktur 185 an der Emitterseite 102 gekoppelt. Zwischen dem p-Typ-Bodybereich 150 und der Kontaktstruktur 185 kann eine p+-Typ-Kontaktzone angeordnet sein (in 1C nicht gezeigt).
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Die Leitfähigkeit in einem Kanalbereich 180, der in dem p-Typ-Bodybereich 150 an der Emitterseite 102 gebildet ist, kann über eine an eine Gateelektrode 170 angelegte Spannung gesteuert werden. Ein Gate-Dielektrikum 172 ist zwischen der Gateelektrode 170 und dem Kanalbereich 180 angeordnet.
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Die Anordnung der Halbleiterzonen, die die IGBT-Zellen 104 bilden, wie dies in 1C gezeigt ist, ist ein Beispiel. Andere Anordnungen können die in 1C dargestellte spezifische Anordnung ersetzen.
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2 veranschaulicht einen Schnitt eines Teiles einer RC IGBT-Vorrichtung 200 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel. Ähnlich zu dem in 1A dargestellten RC IGBT 100 umfasst die RC IGBT-Vorrichtung 200 einen Halbleiterkörper 201 mit einer Emitterseite 202 und einer Kollektorseite 205, IGBT-Zellen 204, eine n–-Typ-Driftzone 206, einen n+-Typ-Bereich 207, der als ein Emitter in einem Diodenmodus des RC IGBT 200 wirkt, einen p+-Typ-Bereich 208, der als Emitter in einem IGBT-Modus des RC IGBT 200 wirkt, eine n-Typ-Feldstoppzone 210 und eine Elektrode 211.
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Die RC IGBT-Vorrichtung 200 umfasst weiterhin einen kontinuierlichen bzw. zusammenhängenden p–-Typ-Halbleiterbereich 209, der vollständig beide Bereiche aus dem n+-Typ-Bereich 207 und den p+-Typ-Bereich 208 bedeckt. Als ein Beispiel kann der p–-Typ-Halbleiterbereich 209 ohne eine Maske oder durch Verwenden einer Maske gemeinsam mit der Bildung der n-Typ-Feldstoppzone 210 und des p–-Typ-Halbleiterbereiches 209 gebildet werden, um so zu einer Reduzierung der Herstellungskosten beizutragen. Ein Halbleiterbereich zwischen dem p–-Typ-Halbleiterbereich 209 und den Bereichen 207, 208 kann eine Dotierung ähnlich zu der n–-Typ-Driftzone 206 umfassen. Wenn die Vorwärts- bzw. Durchlasskennlinie der RC IGBT-Vorrichtung 200 in einem Diodenmodus gemessen wird, kann abhängig von dem Dotierpegel des p–-Typ-Halbleiterbereiches 209 eine Nase in der IV-Kennlinie aufgrund eines Rückwärtsbetriebes des Überganges zwischen der n-Typ-Feldstoppzone 210 und dem p–-Typ-Halbleiterbereich 209 auftreten. Die Nasen-Kennlinie kann beispielsweise durch eine Dicke und eine Dotierung des p–-Typ-Halbleiterbereiches 209 eingestellt werden. Als ein Beispiel beträgt unter der Annahme einer Dicke in einem Bereich von 100 nm bis 500 nm und einer Dotierung in einem Bereich von 1014 cm–3 bis 1015 cm–3 eine Durchgriffspannung bis zu Werten, die so klein sind wie 0,8 mV bis 0,2 V, was zu einer Nasen-Kennlinie führt, die vernachlässigbar oder nahezu vernachlässigbar ist. Weiterhin ist zu bemerken, dass ein Fluten des p–-Typ-Halbleiterbereiches 209 mit überschüssigen Ladungsträgern nach einem Einsetzen eines Vorwärts-Diodenbetriebes auftritt.
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3 zeigt einen Schnitt eines Teiles einer RC IGBT-Vorrichtung 300 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel. Ähnlich zu dem in 2 dargestellten RC IGBT 200 umfasst die RC IGBT-Vorrichtung 300 einen Halbleiterkörper 301 mit einer Emitterseite 302 und einer Kollektorseite 305, IGBT-Zellen 304, eine n–-Typ-Driftzone 306, einen n+-Typ-Bereich 307, der als ein Emitter in einem Diodenmodus des RC IGBT 300 wirkt, einen p+-Typ-Bereich 308, der als Emitter in einem IGBT-Modus des RC IGBT 300 wirkt, eine Elektrode 311 und eine n-Typ-Feldstoppzone 310.
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Die RC IGBT-Vorrichtung 300 umfasst weiterhin einen p–-Typ-Halbleiterbereich 309, der teilweise den n+-Typ-Bereich 307 bedeckt. Der p–-Typ-Bereich 309 ist in einem Gebiet über den p+-Typ-Bereich 308 nicht vorhanden, das heißt nicht gebildet. Ein Öffnen des p–-Typ-Halbleiterbereiches 309 über dem p+-Typ-Bereich 308 erlaubt es, eine Nase in der IV-Kennlinie des Diodenmodus zu vermeiden oder zu reduzieren, welche in dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel auftreten kann, wie dies oben beschrieben wurde.
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4 veranschaulicht einen Schnitt eines Teiles einer RC IGBT-Vorrichtung 400 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel. Ähnlich zu dem in 3 gezeigten RC IGBT 300 umfasst die RC IGBT-Vorrichtung 400 einen Halbleiterkörper 401 mit einer Emitterseite 402 und einer Kollektorseite 405, IGBT-Zellen 404, eine n–-Typ-Driftzone 406, einen n+-Typ-Bereich 407, der als ein Emitter in einem Diodenmodus des RC IGBT 400 wirkt, einen p+-Typ-Bereich 408, der als ein Emitter in einem IGBT-Modus des RC IGBT 400 wirkt, eine Elektrode 411 und eine n-Typ-Feldstoppzone 410.
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Die RC IGBT-Vorrichtung 400 umfasst weiterhin einen p–-Typ-Halbleiterbereich 409, der vollständig den n+-Typ-Bereich 407 und teilweise den p+-Typ-Bereich 408 bedeckt. Damit ist eine Bedeckungsrate bzw. ein Bedeckungsverhältnis von beiden Bereichen aus dem p+-Typ-Bereich 408 und dem n+-Typ-Bereich 407 in der RC IGBT-Vorrichtung 400 größer als bei der in 3 gezeigten RC IGBT-Vorrichtung 300. Da ein Gesamtgebiet des p–-Typ-Halbleiterbereiches 409 unabhängig von dem Gesamtgebiet des n+-Typ-Bereiches 407 eingestellt werden kann, kann das Gesamtgebiet des p–-Typ-Halbleiterbereiches 409 in Wesentlichen größer als ein Gesamtgebiet des p+-Typ-Bereichs 408 sein. Dies erlaubt es, eine Nase in der IV-Kennlinie des IGBT-Modus zu vermeiden. Da weiterhin der p–-Typ-Halbleiterbereich 409 in wenigstens einem Teil des Gebietes über den p+-Typ-Bereich 408, der als ein Emitter in einem IGBT-Modus wirkt, nicht vorhanden ist, kann eine Nase in der IV-Kennlinie des Diodenmodus verhindert werden. Wenn eine Vielzahl von p+-Typ-Bereichen 408 an der Kollektorseite 405 angeordnet ist, kann ein erster Teil der p+-Typ-Bereiche 408 vollständig durch den p–-Typ-Halbleiterbereich 409 bedeckt sein, sofern ein zweiter Teil der p+-Typ-Bereiche 408 teilweise bedeckt oder nicht bedeckt ist.
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5 veranschaulicht einen Schnitt eines Teiles einer RC IGBT-Vorrichtung 500 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel. Ähnlich zu dem in 3 gezeigten RC IGBT 300 umfasst die RC IGBT-Vorrichtung 500 einen Halbleiterkörper 501 mit einer Emitterseite 502 und einer Kollektorseite 505, IGBT-Zellen 504, eine n–-Typ-Driftzone 506, einen n+-Typ-Bereich 507, der als ein Emitter in einem Diodenmodus des RC IGBT 500 wirkt, einen p+-Typ-Bereich 508, der als ein Emitter in einem IGBT-Modus des RC IGBT 500 wirkt, eine Elektrode 511 und eine n-Typ-Feldstoppzone 510.
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Die RC IGBT-Vorrichtung 500 umfasst weiterhin einen p–-Typ-Halbleiterbereich 509, der teilweise den n+-Typ-Bereich 507 bedeckt. Der p–-Typ-Halbleiterbereich 509 ist in einem Gebiet über dem p+-Typ-Bereich 508 nicht vorhanden, das heißt nicht gebildet. Ein Öffnen des p–-Typ-Halbleiterbereiches 509 über den p+-Typ-Bereich 508 erlaubt es, eine Nase in der IV-Kennlinie des Diodenmodus zu vermeiden oder zu reduzieren, die in dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel auftreten kann, wie dies oben erläutert wurde. Eine Bodenseite des p–-Typ-Halbleiterbereiches 509 grenzt an den n+-Typ-Bereich 507 an, der als ein Emitter in einem Diodenmodus des RC IGBT 500 wirkt. Das in 5 gezeigte Ausführungsbeispiel kann vorteilhaft hinsichtlich von Herstellungsaspekten sein, da der p–-Typ-Halbleiterbereich 509 durch eine vergleichsweise flache Ioneninplantation gebildet werden kann.
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6 veranschaulicht einen Schnitt eines Teiles einer RC IGBT-Vorrichtung 600 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel. Ähnlich zu dem in 3 gezeigten RC IGBT 300 umfasst die RC IGBT-Vorrichtung 600 einen Halbleiterkörper 601 mit einer Emitterseite 602 und einer Kollektorseite 605, IGBT-Zellen 604, eine n–-Typ-Driftzone 606, einen n+-Typ-Bereich 607, der als ein Emitter in einem Diodenmodus des RC IGBT 600 wirkt, einen p+-Typ-Bereich 608, der als ein Emitter in einem IGBT-Modus des RC IGBT 600 wirkt, eine Elektrode 611 und eine n-Typ-Feldstoppzone 610.
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Die RC IGBT-Vorrichtung 600 umfasst weiterhin einen p–-Typ-Halbleiterbereich 609, der teilweise den n+-Typ-Bereich 607 bedeckt. Der p–-Typ-Halbleiterbereich 609 ist in einem Gebiet über dem p+-Typ-Bereich 608 nicht vorhanden, das heißt nicht gebildet. Ein Öffnen des p–-Typ-Halbleiterbereiches 609 über dem p+-Typ-Bereich 608 erlaubt es, eine Nase in der IV-Kennlinie des Diodenmodus zu vermeiden oder zu reduzieren, die in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel auftreten kann, wie oben erläutert wurde. Der p–-Typ-Halbleiterbereich 609 ist in die n-Typ-Feldstoppzone 610 eingebettet. Eine Bodenseite der n-Typ-Feldstoppzone 610 grenzt an beide Bereiche aus dem p+-Typ-Bereich 608, der als ein Emitter in einem IGBT-Modus des RC IGBT 600 wirkt, und dem n+-Typ-Bereich 607, der als ein Emitter in einem Diodenmodus des RC IGBT 600 wirkt, an. Die anderen Beispiele für das Design bzw. für die Auslegung des p–-Typ-Halbleiterbereiches, die oben beschrieben sind, können in die Feldstoppschicht gemäß 6 eingebettet sein.
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Ein typisches Design bzw. eine typische Auslegung für den n+-Typ-Bereich 107 von 1A (sowie für die n+-Typ-Bereiche 207, 307, 407, 507 607, die in den 2 bis 6 gezeigt sind) und den p+-Typ-Bereich 108 von 1A (sowie für die p+-Typ-Bereiche 208, 308, 408, 508, 608, die in den 2 bis 6 gezeigt sind) ist ein Streifendesign, wie dies schematisch in 7A unter Bezug auf eine Schnittlinie A-A' von 1A gezeigt ist. Ein weiteres Beispiel für ein Design des n+-Typ-Bereiches 107 von 1A (sowie in der n+-Typ-Bereiche 207, 307, 407, 507, 607, die in den 2 bis 6 gezeigt sind) und des p+-Typ-Bereiches 108 von 1A (sowie die p+-Typ-Bereiche 208, 308, 408, 508, 608, die in den 2 bis 6 gezeigt sind) ist ein Design, in welchem jeder p+-Typ-Bereich 108 durch einen n+-Typ-Bereich oder umgekehrt umgeben ist, wie dies in den 7B und 7C veranschaulicht ist. In einem derartigen Design können die n+-Typ-Bereiche 107 von 7B und/oder die p+-Typ-Bereiche 108 von 7C eine quadratische, rechteckförmige oder kreisförmige Gestalt oder eine Kombination hiervon haben.
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Es ist zu verstehen, dass die Merkmale der verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes festgestellt ist.
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Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele hier gezeigt und beschrieben sind, es ist für den Fachmann selbstverständlich, dass eine Vielzahl von anderen und/oder äquivalenten Ausführungen für die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele herangezogen werden kann, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll also alle Anpassungen und Variationen der hier diskutierten spezifischen Ausführungsbeispiele abdecken. Daher soll die Erfindung lediglich durch die Patentansprüche und deren Äquivalente begrenzt sein.
