DE102013210546A1 - Hochspannungs-Trench-Junction-Barrier-Schottkydiode mit p-Schichten unter dem Schottky-Kontakt - Google Patents

Hochspannungs-Trench-Junction-Barrier-Schottkydiode mit p-Schichten unter dem Schottky-Kontakt Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schottkydiode, aufweisend ein n-Substrat (10), eine n-Epischicht (20), die eine Dicke (D_epi) aufweist, mindestens zwei in die n-Epischicht (20) eingebrachte Gräben (70), die jeweils eine Breite (Wt) und eine Tiefe (Dt) aufweisen, Mesa-Bereiche (80) zwischen benachbarten Gräben (70), wobei die Mesa-Bereiche jeweils eine Breite (Wm) aufweisen, eine einen ohmschen Kontakt bildende und als Kathodenelektrode dienende erste Metallschicht (60) an der Rückseite (R) der Schottkydiode sowie eine einen ohmschen Kontakt zu den Gräben (70) und einen Schottky-Kontakt zu der n-Epischicht (20) bildende und als Anodenelektrode dienende zweite Metallschicht (50) an der Vorderseite (V) der Schottkydiode, wobei p-Schichten (90) mit einer Dicke (D_p) und einer Dotierkonzentration (N_p) direkt unter dem Schottky-Kontakt angeordnet sind, die zusammen mit der zweiten Metallschicht (50) und der n-dotierten Epischicht (20) ein Schottky-Kontaktsystem bilden.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Schottkydiode, die sich für Hochspannungsanwendungen eignet und des Weiteren eine niedrige Durchlassspannung, einen niedrigen Leckstrom, eine kleine Schaltverlustleistung und eine hohe Robustheit aufweist.
  • Im Rahmen der CO2-Thematik werden zunehmend effiziente Stromumrichter benötigt. Beispiele sind Wechselrichter für Photovoltaik- oder Automobilanwendungen. In diesem Zusammenhang besteht ein Bedarf an hoch sperrenden, verlustarmen und schnell schaltenden Leistungshalbleitern. Neben aktiven Halbleiterschaltern wie IGBTs oder CoolMOS-Transistoren sind auch Freilaufdioden erforderlich. Für Hochspannungsanwendungen werden in der Regel Hochspannungs-PiN-Dioden eingesetzt. Vorteile der Hochspannungs-PiN-Dioden sind der niedrige Leckstrom und die hohe Robustheit. Die Nachteile sind einerseits eine hohe Durchlassspannung und andererseits eine hohe Schaltverlustleistung.
  • Hochspannungs-PiN-Dioden sind PN-Dioden, bei denen sich zwischen dem p- und dem n-Gebiet eine undotierte bzw. intrinsische, in der Praxis meist schwach dotierte Schicht i befindet. In einer Hochspannungs-PiN-Diode wird die Spannung hauptsächlich vom schwach dotierten Gebiet übernommen. Bei Betrieb in der Durchlassrichtung werden Elektronen und Löcher in das schwach dotierte Gebiet injiziert. Bei hoher Stromdichte herrscht Hochinjektion im schwach dotierten Gebiet und die Elektronen- und Löcherdichte ist höher als die Dotierkonzentration des schwach dotierten Gebiets. Dadurch wird die Leitfähigkeit des schwach dotierten Gebiets erhöht. Dies reduziert in vorteilhafter Weise die Durchlassspannung. Allerdings beginnt der Strom einer Hochspannungs-PiN-Diode bei Raumtemperatur erst ab etwa einer Durchlassspannung UF = 0.7 V zu fließen. Unter normalen Betriebsbedingungen, beispielsweise bei einer Stromdichte, die größer ist als 100 A/cm2, steigt UF auf Werte bis über 1 V an. Damit verbunden ist eine entsprechend hohe, unerwünschte Verlustleistung. Da eine Hochspannungs-PiN-Diode ein dickes schwach dotiertes Gebiet benötigt, ist der Spannungsabfall in der Durchlassrichtung über dem schwach dotierten Gebiet trotz der Leitfähigkeitsmodulation relativ groß.
  • Die Ladungsträger, nämlich Elektronen und Löcher, die während des Betriebs in der Durchlassrichtung in das schwach dotierte Gebiet injiziert und dort gespeichert werden, müssen beim Abschalten, beispielsweise bei einer abrupten Stromkommutierung, erst abgebaut werden, bevor die Hochspannungs-PiN-Diode in der Lage ist, wieder Sperrspannung zu übernehmen. Daher fließt der Strom bei einer abrupten Stromkommutierung zuerst in Sperrrichtung weiter, bis die gespeicherten Ladungsträger abgebaut bzw. ausgeräumt sind. Die Höhe und die Dauer des Ausräumstroms zum Abbau der gespeicherten Ladungsträger ist in erster Linie von der Menge der im schwach dotierten Gebiet gespeicherten Ladungsträger bestimmt. Ein höherer und länger dauernder Ausräumstrom bedeutet eine höhere Abschaltverlustleistung.
  • Eine Verbesserung des Schaltverhaltens bieten Schottkydioden. Diese weisen Metall-Halbleiterkontakte bzw. Silizid-Halbleiterkontakte auf. Bei Schottkydioden findet keine Hochinjektion im Durchlassbetrieb statt und daher entfällt das Ausräumen der Minoritätsladungsträger beim Abschalten. Schottkydioden schalten schnell und nahezu verlustlos. Allerdings sind damit hohe Leckströme verbunden, insbesondere bei Hochtemperatur, mit starker Spannungsabhängigkeit wegen des Barrier-Lowering-Effekts. Außerdem sind für hohe Sperrspannungen wieder dicke und niedrig dotierte Halbleiterschichten notwendig, was bei hohen Strömen zu nicht akzeptablen, hohen Durchlassspannungen führt. Deswegen sind Leistungs-Schottkydioden in Silizium-Technik trotz ihres guten Schaltverhaltens für Sperrspannungen über etwa 100 V nicht geeignet.
  • Aus der DE 197 40 195 C2 ist eine sogenannte „Cool-SBD“ bekannt. Bei dieser Diode wird durch das Einbringen von dotierten, alternierend angeordneten p- und n-leitenden Säulen unter einem Schottky-Kontakt eine signifikante Absenkung des Widerstandes möglich. Wenn die Säulenbreite reduziert wird, können die Säulendotierungen erhöht werden. Dabei ist die Dotierung der p- und n-Säulen so gewählt, dass bei einem Anliegen von Sperrspannung alle Dotieratome ionisiert sind. Dieses Prinzip wird auch als Super-Junction-Prinzip bezeichnet. Da in einer Cool-SBD im Durchlassbetrieb bei hoher Stromdichte Hochinjektion stattfindet, wird das ideale Schaltverhalten einer reinen Schottkydiode nicht erreicht, gegenüber einer PiN-Diode aber deutlich verbessert. Die geringe Durchlassspannung der PiN-Diode wird aber allerdings bei hohen Strömen nicht erreicht.
  • Des Weiteren wurde bereits eine sogenannte Hochspannungs-Trench-Junction-Barrier-Schottkydiode, nachfolgend auch als HV-TJBS bezeichnet, vorgeschlagen, welche eine Trenchstruktur mit parallel geschalteten Schottky- und PiN-Dioden aufweist. Diese Kombination sorgt dafür, dass im Durchlassbetrieb die Ladungsträgerkonzentration im schwach dotierten Gebiet viel höher als die in einer Schottkydiode, aber deutlich niedriger als die in einer PiN-Diode ist. Dadurch erreicht man eine Optimierung zwischen Durchlassspannung einerseits und Schaltverlusten andererseits. Mit der Trenchstruktur wird der Barrier-Lowering-Effekt unterdrückt und dadurch Leckstrom reduziert. Aber der Charakter einer Schottkydiode bleibt trotzdem teilweise bestehen und der Leckstrom, insbesondere bei hoher Temperatur, ist deutlich höher als der einer PiN-Diode.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Bei einer Schottkydiode mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen handelt es sich um eine neuartige, hoch sperrende Leistungs-Diode in Silizium-Trenchtechnik, die nachfolgend auch als HV-TJBS-P oder Hochspannungs-Trench-Junction-Barrier-Schottkydiode mit p-Schichten unter dem Schottky-Kontakt bezeichnet wird. Eine derartige HV-TJBS-P weist verglichen mit herkömmlichen PiN-Leistungs-Dioden deutlich geringere Abschaltverluste bei niedrigeren Durchlassspannungen und verglichen mit einer HV-TJBS deutlich geringere Sperrströme bei nahezu gleichen Durchlassspannungen und Schaltverlusten auf.
  • Bei der HV-TJBS-P dieser Erfindung handelt es sich um eine bestimmte Kombination einer Trench-PiN-Diode mit einer Schottkydiode. Die Durchbruchspannung BV_pn der PiN-Diode wird niedriger als die Durchbruchspannung BV_schottky der Schottkydiode ausgelegt. Die HV-TJBS-P dieser Erfindung verfügt über eine niedrigere Durchlassspannung und geringere Schaltverluste. Außerdem liefern die p-Schichten direkt unter dem Schottky-Kontakt eine zusätzliche Abschirmung des Schottky-Kontakts. Dadurch werden Sperrströme, insbesondere bei hoher Temperatur, deutlich reduziert, ohne dass die Durchlassspannungen und die Schaltverluste erhöht werden.
  • Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung der Zeichnung. Es zeigt:
  • 1 eine Skizze zur Veranschaulichung einer HV-TJBS,
  • 2 eine Skizze zur Veranschaulichung eines ersten Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße HV-TJBS-P und
  • 3 eine Skizze zur Veranschaulichung eines zweiten Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße HV-TJBS-P.
  • Die 1 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung einer HV-TJBS. Dabei ist die HV-TJBS-Struktur in der 1 ausschnittsweise im Querschnitt dargestellt.
  • +Die in der 1 gezeigte HV-TJBS weist ein n -Substrat 10, eine n-Epischicht 20, in die n-Epischicht 20 eingeätzte Gräben (Trenches) 70, eine Metallschicht 50 an der Chipvorderseite V als Anodenelektrode und an der Chiprückseite R eine Metallschicht 60 als Kathodenelektrode auf. Die Gräben 70 werden mit hoch p-dotiertem Silizium oder Polysilizium 40a gefüllt. Die Metallschichten 50 und 60 können auch aus zwei oder mehr unterschiedlichen, übereinander liegenden Metallschichten bestehen. Der Übersichtlichkeit wegen ist dies in der 1 nicht eingezeichnet. Elektrisch gesehen ist die HV-TJBS eine Kombination einer Trench-PN-Diode (PN-Übergang zwischen den p-dotierten Gräben 70 als Anode und der n-Epischicht 20 als Kathode) und einer Schottkydiode (Schottky-Barriere zwischen der Metallschicht 50 als Anode und der schwach dotierten n-Epischicht 20 als Kathode). Insbesondere ist die Dotierung der n-Epischicht so gewählt, dass bei Betrieb mit hohen Strömen in Flussrichtung in ihr Hochinjektion vorliegt.
  • In Durchlassrichtung fließen Ströme zuerst nur durch die Schottkydiode. Wegen fehlender lateraler p-Diffusion ist die effektive Fläche für den Stromfluss in Durchlassrichtung bei der HV-TJBS deutlich größer als in einer konventionellen Junction-Barrier-Schottkydiode ohne Trench-Struktur. Mit steigenden Strömen fließen Durchlassströme zunehmend auch durch den PN-Übergang.
  • In Sperrrichtung dehnen sich die Raumladungszonen mit steigender Spannung aus und stoßen bei einer Spannung, die kleiner als die Durchbruchspannung der HV-TJBS ist, in der Mitte des Bereichs zwischen den benachbarten p-Gräben 70 zusammen. Dadurch wird der für hohe Sperrströme verantwortliche Schottky-Effekt abgeschirmt und somit die Sperrströme reduziert. Dieser Abschirmeffekt ist stark von den Strukturparametern Dt (Tiefe der Gräben) und Wm (Abstand zwischen den Gräben) abhängig. Die Abschirmwirkung der HV-TJBS dieser Erfindung ist viel effektiver als bei konventionellen JBS ohne Trench-Struktur. Auch im Vergleich zu einer Cool-SBD ist die Abschirmwirkung einer HV-TJBS deutlich stärker, da eine HV-TJBS über einen abrupten PN-Übergang statt einer Ladungskompensation der p und n-Gebiete verfügt. Die p-Gebiete 40a sind wesentlich höher dotiert als das n-Gebiet 20. Es herrscht keine Super-Junction-Bedingung, sondern es gilt NA·Wt >> ND·Wm, wobei NA die Dotierungskonzentration in den Gräben 70, Wt die Breite der Gräben 70, ND die Dotierungskonzentration in der n-Epischicht 20 und Wm die Breite der n-Epischicht zwischen zwei Gräben 70 ist.
  • Die Tiefe Dt der Gräben ist wesentlich kleiner als die Dicke D_epi der n-Epischicht 20 gewählt. Vorzugsweise gilt: n Dt < D_epi, wobei n > 4.
  • Eine HV-TJBS bietet durch ihre Klammerfunktion eine hohe Robustheit. Die Durchbruchspannung BV_pn der PN-Diode wird so ausgelegt, dass BV_pn niedriger als die Durchbruchspannung BV_schottky der Schottkydiode ist und zudem der Durchbruch am Boden der Gräben 70 stattfindet. Im Durchbruchsbetrieb fließt der Strom dann nur durch den PN-Übergang. Durchlassbetrieb und Durchbruchsbetrieb finden an unterschiedlichen Orten statt und sind damit geometrisch getrennt. Die HV-TJBS verfügt deshalb über eine ähnliche Robustheit wie eine Hochspannungs-PN-Diode.
  • Bei vergleichbaren Durchbruchsspannungen, z. B. 650 V, sind die Sperrströme bei Raumtemperatur der HV-TJBS und einer PN-Diode vergleichbar und mehr als eine Größenordnung kleiner als bei einer Cool-SBD. Bei Hochtemperatur sind die Leckströme einer HV-TJBS deutlich erhöht wegen der Temperaturabhängigkeit des Leckstroms eines Schottky-Kontakts, bleiben jedoch nach wie vor deutlich niedriger als bei einer Cool-SBD.
  • Die Durchlassspannung einer HV-TJBS (650V) ist bis zu einer Stromdichte von ca. 400 A/cm2 kleiner als bei der PiN-Diode, da ein großer Anteil der Ströme durch den Schottky-Kontakt fließt. Im Vergleich zu einer Cool-SBD mit gleicher Barrierenhöhe sind Vorteile bei Stromdichten größer als etwa 150 A/cm2 zu erkennen, da bei hoher Stromdichte die Hochinjektion in einer Cool-SBD weiter nicht so stark ist wie in einer HV-TJBS.
  • Wegen dieser stärkeren Hochinjektion ist das Schaltverhalten einer HV-TJBS etwas ungünstiger als bei der Cool-SBD, allerdings wesentlich besser als bei einer PN-Diode.
  • Die 2 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung eines ersten Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße HV-TJBS-P. Dabei ist in der 2 eine HV-TJBS-P-Struktur ausschnittsweise im Querschnitt dargestellt. Die HV-TJBS-P weist ebenso wie eine HV-TJBS ein n+-Substrat 10, auf dem eine n-Epischicht 20 der Dicke D_epi angeordnet ist. Die n-Epischicht 20 enthält eingeätzte Gräben (Trenches) 70, die mit p-dotiertem Silizium oder Poly-Silizium 40a ausgefüllt sind. Die Metallschichten 50 und 60 stellen auch hier den Anoden- bzw. Kathodenkontakt der Diode dar. Der bisher beschriebene Aufbau einer HV-TJBS-P entspricht dem Aufbau der in der 1 gezeigten HV-TJBS.
  • Neu bei der HV-TJBS-P-Struktur ist, dass sich vorzugsweise dünne p-Schichten 90 der Dicke D_p und der Dotierkonzentration N_p direkt unter dem Schottky-Kontakt befinden. Die Metallschicht 50 auf der Vorderseite V des Chips bildet einerseits mit den p-dotierten Bereichen 40a einen ohmschen Kontakt und bildet andererseits mit den p-Schichten 90 und den darunter liegenden n-dotierten Bereichen 20 nicht einen einfachen Schottky-Kontakt wie bei einer HV-TJBS, sondern ein Schottky-Kontaktsystem.
  • Die Funktionsweise dieses Schottky-Kontaktsystems wird entscheidend von den p-Schichten 90 bestimmt:
    Sind die p-Schichten 90 dick und fett genug dotiert, so wird der Schottky-Kontakt vollständig abgeschirmt. Die Metallschicht 50 auf der Vorderseite V des Chips bildet mit den p-Schichten 90 einen ohmschen Kontakt und die Schichtenfolge 50-90-20-10 funktioniert wie eine PiN-Diode und zeichnet sich durch niedrige Sperrströme, hohe Durchlassspannungen bei kleiner Stromdichte und hohe Schaltverluste aus.
  • Sind die p-Schichten 90 hingegen dünn und schwach genug dotiert, so werden die p-Schichten 90 für den Schottky-Kontakt fast vollständig transparent. Die Metallschicht 50 auf der Vorderseite V des Chips bildet mit der Schichtenfolge 90-20 einen Schottky-Kontakt. Die Schichtenfolge 50-90-20-10 funktioniert wie eine Schottkydiode und zeichnet sich durch hohe Sperrströme, hohe Durchlassspannungen bei hoher Stromdichte und kleine Schaltverluste aus.
  • Unter einer Transparenz der p-Schichten 90 wird dabei verstanden, dass diese p-Schichten für Minoritätsladungsträger, im vorliegenden Fall eines p-Emitters 90 für die Elektronen, durchlässig sind. Dies ist dann der Fall, wenn einerseits die Barriere dieses Schottky-Kontaktsystems inklusive der p-Schichten 90, bestimmt durch die Dotierkonzentration und die Dicke der p-Schichten 90, niedrig und schmal genug sind, so dass die Elektronen vom Schottky-Kontakt in das Silizium injiziert werden können. Andererseits dürfen die Minoritätsladungsträger (Elektronen) auf ihrem Weg durch die p-Schichten 90 kaum rekombinieren. Dies ist dann der Fall, wenn die Transitzet ι ~t der Elektronen sehr viel kleiner als ihre Minoritätsträgerlebensdauer ι ~n ist.
  • Falls die Dicke und die Dotierkonzentration der p-Schichten 90 – wie vorstehend beschrieben – geeignet ausgelegt werden, können die wichtigsten Kenngrößen wie Durchlassspannungen bei hoher Stromdichte, Sperrströme und Schaltverluste in Abhängigkeit von der jeweils vorliegenden Anwendung und in Abhängigkeit vom jeweiligen Bedarf eingestellt bzw. optimiert werden. In diesem Fall funktioniert die Schichtenfolge 50-90-20-10 wie eine Schottkydiode mit teilweise transparenten p-Schichten. Die Optimierungsparameter für die p-Schichten sind die Dicke D_p und die Dotierkonzentration N_p.
  • Bei einer HV-TJBS-P der vorliegenden Erfindung sind die Sperrströme, insbesondere bei hoher Temperatur, durch Einsetzen dünner p-Schichten direkt unter dem Schottky-Kontakt deutlich reduziert, ohne gleichzeitig spürbare negative Auswirkungen auf die Durchlassspannung und die Schaltverluste zu haben. Die p-Schichten 90 sind so dünn und so schwach dotiert, dass im Durchlassbetrieb fast keine bzw. nur eine geringe Löcherinjektion von den p-Schichten 90 kommt, so dass die Ladungsträgerverteilung nahezu gleich wie bei einer HV-TJBS ist; aber dick und fett genug sind, um den Schottky-Kontakt in Sperrrichtung teilweise abzuschirmen. In Abhängigkeit von den Anforderungen der jeweils vorliegenden Applikation werden die p-Schichten 90 mit einer Dicke im Bereich von 10 nm bis 500 nm und mit einer Dotierungskonzentration im Bereich von 1016 bis 1017 cm–3 ausgelegt.
  • Die 3 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung eines zweiten Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße HV-TJBS-P.
  • Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel sind die pn-Übergänge nicht unter Verwendung von mit p-dotiertem Silizium oder Poly-Silizium ausgefüllten Gräben, sondern unter Verwendung einer flachen Diffusion realisiert.
  • Wie aus der 3 ersichtlich ist, weist auch bei diesem Ausführungsbeispiel die HV-TJBS-P ein n+-Substrat 10, eine n-Epischicht 20, in die n-Epischicht 20 eingeätzte Gräben (Trenches) 70, eine Metallschicht 50 an der Chipvorderseite V einschließlich der Oberfläche der Gräben als Anodenelektrode und eine Metallschicht 60 an der Chiprückseite R als Kathodenelektrode auf. Nun werden diese p-Gräben nicht durch Ausfüllen mit p-dotiertem Silizium oder Poly-Silizium realisiert, sondern durch Bor-Belegung an den Trenchwänden und -böden und anschließende flache p-Diffusion 40b. Durch eine fette und sehr flache Diffusion mit einer Eindringtiefe von beispielsweise nicht größer als 0.2 µm bei einer Grabentiefe Dt0 von etwa 2µm ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Abschirmwirkung von Schottky-Effekten und die Sperrfähigkeit sehr ähnlich wie bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei welchem mit p-dotiertem Silizium oder Poly-Silizium ausgefüllte Gräben verwendet werden. Dies gilt ebenfalls für die hohe Stromfähigkeit in der Durchlassrichtung und die hohe Robustheit. Die flachen p-dotierten Bereiche in den Gräben können mit Metall – in diesem Fall sind die Gräben vollständig mit der Metallschicht 50 ausgefüllt – bzw. auch hochdotiertem Polysilizium kontaktiert sein.
  • Ein Vorteil dieses Ausführungsbeispiels gegenüber dem in der 2 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht in der Prozesseinfachheit von Belegung und Diffusion im Unterschied zu einem Ausfüllen von Gräben.
  • Nach alledem weist eine HV-TJBS-P gemäß der vorliegenden Erfindung folgende vorteilhafte Eigenschaften auf:
    • a) im Vergleich zu konventionellen Hochspannungs-Schottkydioden:
    • – eine sehr viel niedrigere Durchlassspannung im Bereich hoher Stromdichte, da die Leitfähigkeit des schwach dotierten Gebiets durch Hochinjektion stark erhöht ist,
    • – wesentlich niedrigere Leckströme durch Abschirmung des Schottky-Effekts mit Hilfe einer Trench-PN-Struktur in Kombination mit dünnen p-Schichten direkt unter dem Schottky-Kontakt und
    • – eine wesentlich höhere Robustheit durch die Klammerfunktion der Trench-PN-Diode;
    • b) im Vergleich zu konventionellen Hochspannungs-PiN-Dioden:
    • – eine niedrigere Durchlassspannung bis zu hoher Stromdichte mit Hilfe einer geeigneten Barrierenhöhe des Schottky-Kontakts in Kombination mit einer Hochinjektion bei hoher Stromdichte,
    • – eine wesentlich kleinere Abschaltverlustleistung, da im Durchlassbetrieb durch das Schottky-Kontaktsystem (Schottky-Kontakt in Kombination mit dünnen p-Schichten direkt unter dem Schottky-Kontakt) weniger Ladungsträger im schwach dotierten Gebiet injiziert und gespeichert sind;
    • c) im Vergleich zu Cool-SBDs:
    • – eine niedrigere Durchlassspannung bei hoher Stromdichte durch stärkere Hochinjektion und
    • – niedrigere Leckströme durch eine wesentlich effektivere Abschirmung des Schottky-Effekts; und
    • d) im Vergleich zu HV-TJBSs ohne dünne p-Schichten unter dem Schottky- Kontakt:
    • – wesentlich niedrigere Leckströme bei nahezu gleicher Durchlassspannung bei hoher Stromdichte und nahezu gleicher Abschaltverlustleistung.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19740195 C2 [0006]

Claims (13)

  1. Schottkydiode, aufweisend ein n+-Substrat (10), eine n-Epischicht (20), die eine Dicke (D_epi) aufweist, mindestens zwei in die n-Epischicht (20) eingebrachte Gräben (70), die jeweils eine Breite (Wt) und eine Tiefe (Dt) aufweisen, Mesa-Bereiche (80) zwischen benachbarten Gräben (70), wobei die Mesa-Bereiche jeweils eine Breite (Wm) aufweisen, eine einen ohmschen Kontakt bildende und als Kathodenelektrode dienende erste Metallschicht (60) an der Rückseite (R) der Schottkydiode sowie eine einen ohmschen Kontakt zu den Gräben (70) und einen Schottky-Kontakt zu der n-Epischicht (20) bildende und als Anodenelektrode dienende zweite Metallschicht (50) an der Vorderseite (V) der Schottkydiode, dadurch gekennzeichnet, dass p-Schichten (90) mit einer Dicke (D_p) und einer Dotierkonzentration (N_p) direkt unter dem Schottky-Kontakt angeordnet sind, die zusammen mit der zweiten Metallschicht (50) und der n-dotierten Epischicht (20) ein Schottky-Kontaktsystem bilden.
  2. Schottkydiode nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass für das Verhältnis der Tiefe (Dt) der Gräben (70) zu der Breite (Wm) der Mesa-Bereiche die folgende Beziehung gilt: Dt / Wm ≥ 2.
  3. Schottkydiode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ihr Durchbruch am Boden der Gräben (70) stattfindet.
  4. Schottkydiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Kombination einer Schottkystruktur und einer Trench-PN-Struktur aufweist und die Durchbruchspannung ihrer PN-Diode (BV_pn) niedriger als die Durchbruchspannung ihrer Schottkydiode (BV_schottky) ist.
  5. Schottkydiode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie im Durchbruch betreibbar ist.
  6. Schottkydiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gräben (70) mit hoch p-dotiertem Silizium oder Poly-Silizium ausgefüllt sind.
  7. Schottkydiode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich von der Oberfläche der Gräben (70) aus eine Dotierung mit einem p-Stoff in das n-dotierte Gebiet (20) hinein erstreckt, wobei die Eindringtiefe der Dotierung kleiner als die Tiefe (Dt0) der Gräben (70) ist.
  8. Schottkydiode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als P-Stoff Bor verwendet ist.
  9. Schottkydiode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberfläche der Gräben (70) eine fette Bordotierung vorliegt, die in eine anschließende flache Bor-Diffusion übergeht.
  10. Schottkydiode nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bor-Belegung durch eine Gasphasen-Belegung oder eine Bor-Implantation erfolgt ist.
  11. Schottkydiode nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Realisierung einer 600 V-Schottkydiode die Tiefe (Dt) der Gräben (70) im Bereich von 2 µm liegt.
  12. Schottkydiode nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Metallschicht (50) an der Vorderseite (V) der Schottkydiode die Gräben (70) ausfüllt.
  13. Schottkydiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die direkt unter dem Schottkykontakt vorgesehenen p-Schichten (90) eine Dicke im Bereich von 10 nm bis 500 nm und eine Dotierkonzentration im Bereich von 1016 cm–3 bis 1017 cm–3 aufweisen.
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