DE102015111479A1 - Halbleitervorrichtung mit einer klemmstruktur - Google Patents

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Abstract

In einem Ausführungsbeispiel einer Halbleitervorrichtung umfasst ein Halbleiterkörper (101) eine Klemmstruktur (102), die eine pn-Übergangsdiode (103) und eine Schottky-Übergangsdiode (104) aufweist, welche antiseriell zwischen einem ersten Kontakt (C11, C12) und einem zweiten Kontakt (C21, C22) verbunden sind. Eine Durchbruchspannung (Vbr pn) der pn-Übergangsdiode (103) ist größer als 100 V, und eine Durchbruchspannung (Vbr S) der Schottky-Übergangsdiode (104) ist größer als 10 V.

Description

  • HINTERGRUND
  • In Halbleitervorrichtungen, beispielsweise Leistungshalbleitervorrichtungen wie Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs), Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate (IG-FETs), beispielsweise Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), und Bipolar-Junction- bzw. Übergangstransistoren (BJTs), können Überspannungen, die während eines Vorrichtungsbetriebes auftreten, die Halbleitervorrichtung oder Schaltungsteile im Fall von ungenügenden Schutzmaßnahmen zerstören. Beispielsweise können IGBTs in Induktionskochgeräten bzw. -herden unter Überspannungen leiden, die durch Instabilitäten der Hauptstrom- bzw. -spannungsversorgung verursacht sind.
  • Es ist wünschenswert, einen Überspannungsschutz für Transistoren vorzusehen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die obige Aufgabe wird durch die Lehren der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterkörper. Der Halbleiterkörper umfasst eine Klemmstruktur, die eine pn-Übergangsdiode und eine Schottky-Übergangsdiode aufweist, welche antiseriell zwischen einem ersten Kontakt und einem zweiten Kontakt verbunden sind. Eine Durchbruchspannung der pn-Übergangsdiode ist größer als 100 V, und eine Durchbruchspannung der Schottky-Übergangsdiode ist größer als 10 V.
  • Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile nach Lesen der folgenden Detailbeschreibung und Betrachten der begleitenden Zeichnungen erkennen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die begleitenden Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis der Erfindung zu liefern, und sie sind in die Offenbarung einbezogen und bilden einen Teil von dieser. Die Zeichnungen veranschaulichen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern von Prinzipien der Erfindung. Andere Ausführungsbeispiele und beabsichtigte Vorteile werden sofort gewürdigt, da sie unter Hinweis auf die folgende Detailbeschreibung besser verstanden werden.
  • 1 ist, eine schematische Darstellung einer Halbleitervorrichtung mit einer Klemmstruktur in einem Halbleiterkörper gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • 2A ist eine schematische Darstellung einer Halbleitervorrichtung mit der Klemmstruktur von 1, die parallel zwischen einem Lastanschluss und einem Steueranschluss eines Transistors verbunden ist.
  • 2B ist eine schematische Darstellung einer Halbleitervorrichtung mit der Klemmstruktur von 1, die mit einem Lastanschluss eines Transistors verbunden ist.
  • 3 ist eine Skizze, die ein niederpoliges Gehäuse veranschaulicht, das die Klemmstruktur von 1 als eine diskrete Halbleitervorrichtung aufnimmt bzw. an diese angepasst ist.
  • 4 ist eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels einer Halbleitervorrichtung mit der Klemmstruktur von 1 und dem Transistor in getrennten Halbleiterdies bzw. -chips, die auf einem Leiterrahmen eines Chipgehäuses angebracht bzw. montiert sind.
  • 5 bis 9 sind schematische Schnittdarstellungen eines Halbleiterkörpers zum Veranschaulichen verschiedener Ausführungsbeispiele der Klemmstruktur von 1.
  • 10 ist ein schematischer Schnitt, der ein Ausführungsbeispiel einer Klemmstruktur und eines IGBTs, integriert in einen einzigen Halbleiterkörper, veranschaulicht.
  • 11 ist ein schematischer Schnitt, der eine Klemmstruktur und einen rückwärts leitenden (RC-)IGBT, integriert in einen einzigen Halbleiterkörper, veranschaulicht.
  • DETAILBESCHREIBUNG
  • 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 ausgestaltet 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 für ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht oder beschrieben sind, bei oder im Zusammenhang mit anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden, um noch zu einem weiteren Ausführungsbeispiel zu gelangen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Veränderungen umfasst. Die Beispiele sind mittels einer spezifischen Sprache beschrieben, die nicht als den Bereich der beigefügten Patentansprüche begrenzend aufgefasst werden sollte. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich für Veranschaulichungszwecke. Zur Klarheit sind die gleichen Elemente mit entsprechenden Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen versehen, falls nicht etwas anderes festgestellt wird.
  • Die Begriffe ”haben”, ”enthalten”, ”umfassen”, ”aufweisen” und ähnliche Begriffe sind offene Begriffe, und diese Begriffe geben das Vorhandensein der festgestellten Strukturen, Elemente oder Merkmale an, schließen jedoch das Vorhandensein von zusätzlichen Elementen oder Merkmalen nicht aus. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel sollen sowohl den Plural als auch den Singular umfassen, falls sich aus dem Zusammenhang nicht klar etwas anderes ergibt.
  • Der Begriff ”elektrisch verbunden” beschreibt eine permanente niederohmige Verbindung zwischen elektrisch verbundenen Elementen, beispielsweise einen direkten Kontakt zwischen den betreffenden Elementen oder eine niederohmige Verbindung über ein Metall und/oder einen hochdotierten Halbleiter. Der Begriff ”elektrisch gekoppelt” umfasst, dass ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente, die für eine Signalübertragung gestaltet sind, zwischen den elektrisch gekoppelten Elementen vorhanden sein können, beispielsweise Elemente, die zeitweise eine niederohmige Verbindung in einem ersten Zustand und eine hochohmige elektrische Entkopplung in einem zweiten Zustand vorsehen.
  • Die Figuren veranschaulichen relative Dotierungskonzentrationen durch Angabe von ”–” oder ”+” nächst zu dem Dotierungstyp ”n” oder ”p”. Beispielsweise bedeutet ”n–” eine Dotierungskonzentration, die niedriger als die Dotierungskonzentration eines ”n”-Dotierungsbereiches ist, während ein Dotierungsbereich eine höhere Dotierungskonzentration hat als ein ”n”-Dotierungsbereich. Dotierungsbereiche der gleichen relativen Dotierungskonzentration haben nicht notwendigerweise die gleiche absolute Dotierungskonzentration. Beispielsweise können zwei verschiedene ”n”-Dotierungsbereiche die gleichen oder verschiedene absolute Dotierungskonzentrationen haben.
  • Die Begriffe ”Wafer”, ”Substrat”, ”Halbleiterkörper” oder ”Halbleitersubstrat”, die in der folgenden Beschreibung verwendet sind, können irgendeine auf Halbleiter beruhende Struktur umfassen, die eine Halbleiteroberfläche hat. Wafer und Struktur sind so zu verstehen, dass sie Silizium (Si), Silizium-auf-Isolator (SOI), Silizium-auf-Saphir (SOS), dotierte und undotierte Halbleiter, epitaktische Schichten von Silizium, getragen durch eine Basishalbleiterunterlage, und andere Halbleiterstrukturen umfassen. Der Halbleiter braucht nicht auf Silizium zu beruhen. Der Halbleiter könnte ebenso Silizium-Germanium (SiGe), Germanium (Ge) oder Galliumarsenid (GaAs) sein. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können Siliziumcarbid (SiC) oder Galliumnitrid (GaN) das Halbleitersubstratmaterial bilden.
  • Der Begriff ”horizontal”, wie in dieser in der vorliegenden Beschreibung verwendet ist, soll eine Ausrichtung bzw. Orientierung im Wesentlichen parallel zu einer ersten oder Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrates oder -körpers beschreiben. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder einer Halbleiterdie sein.
  • Der Begriff ”vertikal”, wie dieser in der vorliegenden Beschreibung verwendet ist, soll eine Orientierung angeben, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche, das heißt parallel zu der Normalrichtung der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrates oder -körpers angeordnet ist.
  • In dieser Beschreibung wird eine zweite Oberfläche eines Halbleitersubstrates oder Halbleiterkörpers als durch die untere oder rückseitige oder rückwärtige Oberfläche gebildet angesehen, während die erste Oberfläche als durch die obere, vordere oder Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates gebildet betrachtet wird. Die Begriffe ”über” und ”unter”, wie diese in der vorliegenden Beschreibung verwendet sind, sollen daher eine relative Lage eines strukturellen Merkmals zu einem anderen Merkmal beschreiben.
  • In dieser Beschreibung sind Ausführungsbeispiele veranschaulicht, die p- und n-dotierte Halbleiterbereiche umfassen. Alternativ können Halbleitervorrichtungen mit entgegengesetzten Dotierungsbeziehungen gebildet werden, so dass die dargestellten p-dotierten Bereiche n-dotiert sind und die dargestellten n-dotierten Bereiche p-dotiert sind.
  • Die Halbleitervorrichtung kann Anschlusskontakte haben, wie beispielsweise Kontaktpads bzw. -kissen (oder Elektroden), die es erlauben, einen elektrischen Kontakt mit der integrierten Schaltung oder einer diskreten Halbleitervorrichtung, enthaltend in dem Halbleiterkörper, herzustellen. Die Elektroden können eine oder mehrere Elektrodenmetallschichten umfassen, die auf das Halbleitermaterial der Halbleiterchips angewandt sind. Die Elektrodenmetallschichten können mit einer irgendeiner gewünschten geometrischen Gestalt und irgendeiner gewünschten Materialzusammensetzung hergestellt sein. Die Elektrodenmetallschichten können beispielsweise in der Form einer Schicht sein, die ein Gebiet bzw. eine Fläche bedeckt. Irgendein gewünschtes Metall, beispielsweise Cu, Ni, Sn, Au, Ag, Pt, Pd und eine Legierung von einem oder mehreren dieser Metalle kann als das Material verwendet werden. Die Elektrodenmetallschicht bzw. die Elektrodenmetallschichten brauchen nicht homogen zu sein oder gerade aus einem Metall hergestellt zu werden, das heißt, verschiedene Zusammensetzungen und Konzentrationen der in der Elektrodenmetallschicht bzw. den Elektrodenmetallschichten enthaltenen Materialien sind möglich. Als ein Beispiel können die Elektrodenschichten groß genug bemessen sein, um mit einem Draht gebondet bzw. verbunden zu werden.
  • In den hier offenbarten Ausführungsbeispielen werden eine oder mehrere leitende Schichten, insbesondere elektrisch leitende Schichten, angewandt bzw. aufgetragen. Es soll betont werden, dass irgendwelche derartige Begriffe, wie ”gebildet” oder ”angewandt” bzw. ”aufgetragen” bedeuten sollen, dass sie wörtlich alle Arten und Techniken von Schichtanwendungen abdecken. Insbesondere sollen sie bedeuten, dass sie Techniken abdecken, in welchen Schichten einmal als ein Ganzes angewandt werden, wie beispielsweise Laminattechniken, sowie Techniken, in welchen Schichten in einer sequentiellen Weise aufgetragen werden, wie beispielsweise Sputtern, Beschichten bzw. Galvanisieren, Formen bzw. Gießen, CVD (chemische Dampfabscheidung), physikalische Dampfabscheidung (PVD), Verdampfung, hybride physikalisch-chemische Dampfabscheidung (HPCVD) usw.
  • Die angewandte leitende Schicht kann unter anderem eine oder mehrere Schichten aus einer Schicht eines Metalls, wie Al, Cu oder Sn oder einer Legierung hiervon, eine Schicht einer leitenden Paste und eine Schicht einer Verbindungs- bzw. Bondmaterials umfassen. Die Schicht eines Metalls kann eine homogene Schicht sein. Die leitende Paste kann Metallpartikel bzw. -teilchen aufweisen, die in einem verdampfbaren oder härtbaren Polymermaterial verteilt sind, wobei die Paste fluid-, viskos- oder wachsförmig sein kann. Das Bondmaterial kann angewandt werden, um elektrisch und mechanisch den Halbleiterchip beispielsweise mit einem Träger oder beispielsweise einem Kontaktclip zu verbinden. Ein weiches Lotmaterial oder insbesondere ein Lotmaterial, das in der Lage ist, Diffusionslotverbindungen zu bilden, kann verwendet werden, beispielsweise ein Lotmaterial, das einen oder mehrere Stoffe aus Sn, SnAg, SnAu, SnCu, In, InAg, InCu und InAu umfasst.
  • Ein Zerteilungsprozess kann verwendet werden, um den Wafer in einzelne Chips zu teilen. Irgendeine Technik zum Zerteilen kann angewandt werden, beispielsweise ein Blattzerteilen (Sägen), ein Laserzerteilen, ein Ätzen usw. Der Halbleiterkörper, beispielsweise ein Halbleiterwafer, kann zerteilt werden durch Anwenden des Halbleiterwafers auf ein Band, insbesondere ein Zerteilungsband, Anwenden des Zerteilungsmusters, insbesondere eines rechteckförmigen Musters, auf den Halbleiterwafer, beispielsweise gemäß einer oder mehreren der oben erwähnten Techniken, und Ziehen des Bandes beispielsweise längs vier orthogonalen Richtungen in der Ebene des Bandes. Durch Ziehen des Bandes wird der Halbleiterwafer in eine Vielzahl von Halbleiterdies (Chips) unterteilt.
  • Ein Ausführungsbeispiel einer Halbleitervorrichtung ist in der schematischen Schnittdarstellung 100 von 1 veranschaulicht.
  • Die Halbleitervorrichtung umfasst einen Halbleiterkörper 101 mit einer Klemmstruktur 102, die eine pn-Übergangsdiode 103 und eine Schottky-Übergangsdiode 104 aufweist, die antiseriell zwischen einem ersten Kontakt und einem zweiten Kontakt verbunden sind. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der erste Kontakt ein Kontakt C11 an einer ersten Oberfläche 106 des Halbleiterkörpers 101, beispielsweise an einer Vorder- bzw. Frontoberfläche des Halbleiterkörpers 101. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel ist der erste Kontakt ein erster Kontakt C12 an einer zweiten Oberfläche 107, beispielsweise einer rückwärtigen Oberfläche des Halbleiterkörpers 101. Somit kann der erste Kontakt an der ersten Oberfläche 106 oder an der zweiten Oberfläche 107 angeordnet sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der zweite Kontakt ein zweiter Kontakt C21 an der ersten Oberfläche 106 des Halbleiterkörpers 101. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel ist der zweite Kontakt ein zweiter Kontakt C22 an der zweiten Oberfläche 107 des Halbleiterkörpers 101. Somit kann der zweite Kontakt an der ersten Oberfläche 106 oder an der zweiten Oberfläche 107 angeordnet sein. Die ersten und zweiten Kontakte können auf einer gleichen Oberfläche des Halbleiterkörpers 101, beispielsweise an der ersten Oberfläche 106 oder an der zweiten Oberfläche 107 angeordnet sein oder sie können an entgegengesetzten Oberflächen angebracht sein.
  • Eine Durchbruchspannung Vba pn der pn-Übergangsdiode 103 ist größer als 100 V oder größer als 200 V oder größer als 600 V, und eine Durchbruchspannung Vba S der Schottky-Übergangsdiode 104 ist größer als 10 V oder größer als 15 V oder größer als 20 V. Somit kann ein Überspannungsschutz von Hochspannungstransistoren erzielt werden durch einen elektrischen Durchbruch der pn-Übergangsdiode 103, bevor ein zerstörender oder beschädigender elektrischer Durchbruch zwischen Lastanschlüssen des Hochspannungstransistors auftreten kann. Die Durchbruchspannung Vba S der Schottky-Übergangsdiode kann groß genug gewählt werden, um beispielsweise eine positive Gatespannung gegen den zweiten Lastanschluss zu sperren. Die Schottky-Übergangsdiode 104 kann ersetzt werden durch eine zweite pn-Übergangsdiode, die eine Durchbruchspannung in einer gleichen Spanne wie die Schottky-Übergangsdiode 104 hat. Die pn-Übergangsdiode 103 und die zweite pn-Übergangsdiode können antiseriell verbunden werden, wobei Anoden oder Kathoden zusammen verbunden sind.
  • Eine Integration der Schottky-Übergangsdiode 104 und der pn-Übergangsdiode 103 in eine einzige Halbleiterdie, beispielsweise den in 1 veranschaulichten Halbleiterkörper 101, liefert eine Klemmstruktur mit reduziertem Verdrahtungsaufwand und zugeschnittener Durchbruchspannung der pn-Übergangsdiode 103. Eine Klemmstruktur, die Dioden in getrennten Dies integriert hat, wobei die Dioden antiseriell durch zusätzliche Verdrahtungen, beispielsweise Bonddrähte, verbunden sind, kann unter parasitären Induktivitäten leiden. Darüber hinaus kann die Durchbruchspannung Vba pn auf einen gewünschten Wert eingestellt werden, um eine Schutzfunktion bezüglich einer zu schützenden Vorrichtung, beispielsweise einer Drain-Source-Strecke eines Transistors, sicherzustellen. Die Durchbruchspannung Vba pn der pn-Übergangsdiode 103 kann durch geeignetes Einstellen einer Dotierungskonzentration und einer Dicke eines Spannung absorbierenden Bereiches innerhalb des Halbleiterkörpers 101 justiert bzw. eingestellt werden. Der Spannung absorbierende Bereich kann beispielsweise einem Teil des Halbleiterkörpers 101, der eine anfängliche Dotierungskonzentration eines Halbleitersubstrates hat, oder einer darauf gebildeten epitaktischen Schicht entsprechen.
  • In einigen Ausführungsbeispielen teilen die pn-Übergangsdiode 103 und die Schottky-Übergangsdiode 104 wenigstens einen Halbleiterbereich des Halbleiterkörpers 101.
  • In einigen Ausführungsbeispielen ist die pn-Übergangsdiode 103 eine einzige pn-Übergangsdiode.
  • Ein anderes Ausführungsbeispiel einer Halbleitervorrichtung ist in der schematischen Darstellung 200 von 2A veranschaulicht.
  • Die in 2A dargestellte Halbleitervorrichtung umfasst weiterhin einen Leistungstransistor 110, der erste und zweite Lastanschlüsse L1, L2 und einen Steueranschluss C aufweist. Die Klemmstruktur 102 ist elektrisch verbunden zwischen dem Steueranschluss C und dem zweiten Lastanschluss L2. Der zweite Lastanschluss L2 kann beispielsweise ein Drainanschluss eines IGFET oder ein Kollektoranschluss eines IGBT oder ein Kollektoranschluss eines BJT sein. Der Steueranschluss C kann ein Gateanschluss eines IGFET, ein Gateanschluss eines IGBT oder ein Basisanschluss eines BJT sein. Der erste Anschluss L1 entspricht beispielsweise einem Sourceanschluss eines IGFET, einem Emitteranschluss eines IGBT oder einem Emitteranschluss eines BJT.
  • Noch ein anderes Ausführungsbeispiel einer Halbleitervorrichtung ist in der schematischen Darstellung 201 von 2B veranschaulicht. Die Halbleitervorrichtung von 2B unterscheidet sich von dem in 2A dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der Steueranschluss C des Leistungstransistors 110 und die Klemmstruktur 102 unterbrochen bzw. getrennt sind, um dadurch eine externe Verbindung zu erlauben, wie dies beispielsweise unten anhand von 4 beschrieben ist.
  • In einigen Ausführungsbeispielen bilden die pn-Übergangsdiode 103 und die Schottky-Übergangsdiode 104, die antiseriell verbunden sind, eine diskrete Halbleiterklemmvorrichtung in einem Halbleitergehäuse.
  • Ein Ausführungsbeispiel eines Transistoroutline-(TO-)Gehäuses 115 einschließlich einer Klemmstruktur, beispielsweise der in 1 dargestellten Klemmstruktur 102 als diskrete Halbleitervorrichtung, ist in der schematischen Darstellung 300 von 3 gezeigt.
  • Die in dem TO-Gehäuse 115 enthaltene Klemmstruktur ist umgeben durch eine Formmasse bzw. -Pressmasse 116. Das TO-Gehäuse 115 umfasst erste und zweite Leitungen bzw. Anschlüsse 117, 118 und einen Metallrahmen 119. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Metallrahmen 119 elektrisch von einer Halbleiterdie der Klemmstruktur durch einen internen Keramikisolator isoliert sein, der dort dazwischen montiert bzw. angebracht ist. In einigen Ausführungsbeispielen können der Metallrahmen 119. und eine der ersten und zweiten Leitungen 117, 118 elektrisch verbunden und/oder aus einer zusammenhängenden bzw. kontinuierlichen Struktur gebildet sein. Die erste Leitung 117 kann elektrisch mit einer Diode aus der pn-Übergangsdiode 103 und der Schottky-Übergangsdiode 104 der in 1 veranschaulichten Klemmstruktur 102 verbunden sein. Die zweite Leitung 118 kann elektrisch mit der anderen Diode aus der pn-Übergangsdiode 103 und der Schottky-Übergangsdiode 104 der in 1 dargestellten Klemmstruktur 102 verbunden sein.
  • Das TO-Gehäuse 115, das in 3 dargestellt ist, ist ein Beispiel eines niederpoligen Gehäuses, das zum Aufnehmen des Halbleiterkörpers 101 einschließlich der Klemmstruktur 102 von 1 verwendet werden kann. Da eine weite Spanne von niederpoligen Gehäusen besteht, können auch andere Gehäuse zum Aufnehmen einer diskreten Halbleiterklemmvorrichtung verwendet werden.
  • In einigen Ausführungsbeispielen ist der Leistungstransistor ein diskreter Leistungstransistor, und der Leistungstransistor und die Klemmstruktur sind in verschiedenen Halbleiterdies gebildet.
  • In einigen Ausführungsbeispielen sind die verschiedenen Halbleiterdies auf einem gemeinsamen Leiterrahmen montiert bzw. angebracht.
  • In einigen Ausführungsbeispielen sind die Klemmstruktur und der Leistungstransistor in einem einzigen Chipgehäuse untergebracht. Ein Steuerpin bzw. -stift des Chipgehäuses kann elektrisch mit einem Steueranschluss eines Leistungstransistors durch einen ersten Bonddraht verbunden sein, und der Steuerpin bzw. -stift des Chipgehäuses kann auch elektrisch mit der pn-Übergangsdiode der Klemmstruktur durch einen zweiten Bonddraht verbunden sein.
  • Ein Ausführungsbeispiel einer Halbleitervorrichtung einschließlich der Klemmstruktur und des Leistungstransistors in einem einzigen Chipgehäuse ist in der schematischen Draufsicht 400 von 4 dargestellt.
  • Eine erste Halbleiterdie 120 umfasst den Leistungstransistor, beispielsweise den in 2A dargestellten Leistungstransistor 110. Eine getrennte, zweite Halbleiterdie 121 umfasst die Klemmstruktur, beispielsweise die in 1 und 2A dargestellte Klemmstruktur 102.
  • Die Klemmstruktur und der Leistungstransistor sind beide elektrisch mit einem Leiterrahmen 123 über eine rückwärtige Seite jeweils der ersten und zweiten Halbleiterdies 120, 121 verbunden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein zweiter Lastanschluss des Leistungstransistors, beispielsweise ein Kollektor eines IGBT oder ein Kollektor eines BJT oder ein Drain eines IGFET elektrisch mit dem Leiterrahmen 123 über die rückwärtige Seite der ersten Halbleiterdie 120 verbunden. Eine Anode der Schottky-Übergangsdiode der Klemmstruktur kann auch elektrisch mit dem Leiterrahmen 123 über die rückwärtige Seite der zweiten Halbleiterdie 121 verbunden sein. Der Leiterrahmen 123 ist elektrisch mit einem zweiten Lastpin 125 verbunden. Ein Steueranschluss des Leistungstransistors, beispielsweise ein Gate eines IGBT oder ein Gate eines IGFET oder eine Basis eines BJT ist elektrisch mit einem Steuerpin 127 über einen ersten Bonddraht 128 an einer vorderen Oberfläche der ersten Halbleiterdie 120 verbunden. Eine Anode der pn-Übergangsdiode der Klemmstruktur ist elektrisch mit dem Steuerpin 127 über einen zweiten Bonddraht 129 an einer vorderen Oberfläche bzw. Vorderfläche der zweiten Halbleiterdie 121 verbunden. Ein erster Lastanschluss des Leistungstransistors, beispielsweise ein Emitter eines IGBT oder ein Emitter eines BJT oder eine Source eines IGFET ist elektrisch mit einem ersten Lastpin 129 über einen dritten Bonddraht 130 an einer Vorderfläche der ersten Halbleiterdie 120 verbunden.
  • Abgesehen von einem Anbringen bzw. Platzieren eines einzelnen Bonddrahtes zwischen einem Chipgehäusepin und einer der ersten und zweiten Halbleiterdies 120, 121, können auch zwei, drei, vier oder sogar mehr Bonddrähte parallel verbunden sein, beispielweise abhängig von einer Stromkapazität des Bonddrahtes und/oder maximalen Nennwerten eines Stromflusses durch den Bonddraht bzw. die Bonddrähte.
  • Das Chipgehäuse kann irgendeine Art eines geeigneten niederpoligen Gehäuses sein, beispielsweise ein TO-Gehäuse, wie TO-247. Da eine weite Spanne von niederpoligen Gehäusen vorliegt, können auch andere Gehäuse verwendet werden.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel einer Halbleitervorrichtung können die Klemmstruktur und der Leistungstransistor in einem einzigen Chipgehäuse ähnlich zu der schematischen Draufsicht 400 von 4 integriert werden, wobei jedoch ein zusätzlicher Pin verwendet werden kann, um elektrisch den ersten Bonddraht 128 und den zweiten Bonddraht 129 mit verschiedenen Pins des Gehäuses zu verbinden, damit dadurch beispielsweise eine externe Verbindung des Steueranschlusses des Leistungstransistors und der Klemmstruktur ermöglicht ist. Die externe Verbindung kann beispielsweise über einen Gatetreiber und/oder eine gedruckte Leiterplatte (PCB) erfolgen.
  • In einigen Ausführungsbeispielen sind der Leistungstransistor und die Klemmstruktur in einen gleichen Halbleiterkörper integriert, das heißt, der Leistungstransistor und die Klemmstruktur sind in einer einzigen Halbleiterdie gebildet. Beispielsweise kann der in 2A, 2B veranschaulichte Leistungstransistor 110 auch in dem Halbleiterkörper 101 der Klemmstruktur 102, wie diese in 1 veranschaulicht ist, gebildet werden.
  • In einigen Ausführungsbeispielen sind eine Driftzone des Leistungstransistors, ein Kathodenbereich der Schottky-Übergangsdiode und ein Kathodenbereich der pn-Übergangsdiode in einem gleichen Halbleiterbereich gebildet. In einigen Ausführungsbeispielen ist der gleiche Halbleiterbereich ein leicht dotierter oder nahezu intrinsischer Halbleiterteil eines Halbleitersubstrates, wie beispielsweise eines Czochralski-(CZ-) oder magnetischen Czochralski-(MCZ-) oder Float-Zone-(FZ-)Siliziumsubstrates oder einer darauf gebildeten epitaktischen Schicht.
  • In einigen Ausführungsbeispielen ist eine Durchbruchspannung zwischen den ersten und zweiten Lastanschlüssen des Leistungstransistors größer als eine Durchbruchspannung der Klemmstruktur, die parallel zwischen dem zweiten Lastanschluss und dem Steueranschluss verbunden ist.
  • In einigen Ausführungsbeispielen liegt der zweite Kontakt an einer ersten Oberfläche des Halbleiterkörpers und ist elektrisch mit der pn-Übergangsdiode verbunden, der erste Kontakt liegt an einer zweiten Oberfläche des Halbleiterkörpers entgegengesetzt zu der ersten Oberfläche und bildet ein Schottky-Kontaktmetall der Schottky-Übergangsdiode.
  • In einigen Ausführungsbeispielen umfasst die Halbleitervorrichtung weiterhin eine Feldstoppzone zwischen dem Schottky-Kontaktmetall und einem Teil des Halbleiterkörpers, wobei die Feldstoppzone direkt an des Schottky-Kontaktmetall angrenzt und eine Dotierungskonzentration größer als der Teil des Halbleiterkörpers umfasst. In einigen Ausführungsbeispielen umfasst der Teil des Halbleiterkörpers eine Dotierungskonzentration in der Spanne von 5 × 1012 cm–3 und 2 × 1014 cm–3, wobei eine Dicke des Teiles des Halbleiterkörpers zwischen entgegengesetzten Oberflächen des Halbleiterkörpers größer ist als 10 μm oder größer 20 μm oder größer als 30 μm oder größer als 40 μm oder sogar größer als 50 μm. In einigen Ausführungsbeispielen bildet der Teil des Halbleiterkörpers einen Kathodenbereich der pn-Übergangsdiode der Klemmstruktur.
  • In einigen Ausführungsbeispielen umfasst die Halbleitervorrichtung weiterhin einen Anodenbereich der pn-Übergangsdiode direkt angrenzend an eine erste Oberfläche des Halbleiterkörpers an der ersten Oberfläche, wobei der Anodenbereich elektrisch direkt mit dem ersten Kontakt verbunden ist. In einigen Ausführungsbeispielen umgibt eine Randabschlussstruktur den Anodenbereich an der ersten Seite. Der Zweck der Randabschlussstruktur ist es, die elektrische Feldspitze an dem Umfang bzw. an der Peripherie des Anodenbereiches zu reduzieren. Typische strukturelle Elemente von Randabschlussstrukturen umfassen beispielsweise eine oder mehrere Elemente aus Feldplatten, Ringstrukturen, wie floatende bzw. potentialfreie Schutzringe oder Ringsegmente, Junction- bzw. Übergangsabschlussausdehnungs-(JTE-)Strukturen und Strukturen mit Variation der lateralen Dotierung (VLD). Eine Dotierungskonzentration einer p-dotierten Übergangsabschlussausdehnung (JTE) kann kleiner sein als die Dotierungskonzentration des Anodenbereiches.
  • Ein Ausführungsbeispiel einer Klemmstruktur in dem Halbleiterkörper 101 ist in der schematischen Schnittdarstellung 500 von 5 veranschaulicht.
  • Der Halbleiterkörper 101 kann leicht bzw. schwach n-dotiert sein. Die Dotierungskonzentration kann beispielsweise zwischen 5 × 1012 cm–3 und 2 × 1014 cm–3 liegen. Der leicht n-dotierte Halbleiterkörper 101 kann beispielsweise einem leicht n-dotierten Halbleitersubstrat oder einer leicht n-dotierten epitaktischen Schicht auf einem Halbleitersubstrat entsprechen. Ein p-dotierter Anodenbereich 135 an der ersten Oberfläche 106 des Halbleiterkörpers 101 ist elektrisch verbunden mit dem zweiten Lastkontakt C21. Eine Randabschlussstruktur 136 umgibt den Anodenbereich 135 an der ersten Oberfläche 106 und ist gestaltet, um die elektrische Feldspitze an der Peripherie des Anodenbereiches 135 zu reduzieren. Die Randabschlussstruktur kann beispielsweise eine oder mehrere Elemente aus Feldplatten, Ringstrukturen, wie floatende Schutzringe oder Ringsegmente, Junctionabschlussausdehnungs-(JTE-)Strukturen und Strukturen mit einer Variation der lateralen Dotierungs (VLD) aufweisen. In einigen Ausführungsbeispielen ist die Randabschlussstruktur 136 ein p–-dotierter JTE-Bereich, der den Anodenbereich 135 an der ersten Oberfläche 106 umgibt. Der p–-dotierte JTE-Bereich, der den Anodenbereich 135 an der ersten Oberfläche 106 umgibt, erlaubt es, ein Gebiet eines elektrischen Durchbruches innerhalb des Anodenbereiches 135 zu konzentrieren, um dadurch einen unerwünschten lokalen Durchbruch in Randbereichen der pn-Übergangsdiode 103 entgegenzuwirken.
  • Ein Schottky-Übergang der Schottky-Übergangsdiode 104 ist zwischen einer n-dotierten Feldstoppzone 138 an der zweiten Oberfläche 107 des Halbleiterkörpers 101 und einem Schottky-Kontaktmetall an der zweiten Oberfläche 107 gebildet. Das Schottky-Kontaktmetall an der zweiten Oberfläche 107 bildet den ersten Lastkontakt 012 aus. Ein Kathodenbereich der Schottky-Übergangsdiode 104 ist gebildet durch die n-dotierte Feldstoppzone 138 und den schwach n-dotierten Halbleiterkörper 101. Somit teilen die pn-Übergangsdiode 103 und die Schottky-Übergangsdiode 104 einen Teil des schwach bzw. leicht n-dotierten Halbleiterkörpers 101 und der n-dotierten Feldstoppzone 138 als einen gemeinsamen Kathodenbereich. Die Durchbruchspannung Vbr pn der pn-Übergangsdiode 103 kann größer als 100 V oder größer als 200 V oder größer als 600 V eingestellt werden durch beispielsweise geeignetes Wählen der Dotierungskonzentration des Halbleiterkörpers 101 und einer Dicke des Halbleiterkörpers 101 zwischen dem Anodenbereich 135 und der Feldstoppzone 138. Die Durchbruchspannung Vbr S der Schottky-Übergangsdiode 104 kann beispielsweise größer als 10 V oder größer als 15 V oder sogar größer als 20 V eingestellt werden durch geeignetes Auswählen des Schottky-Kontaktmetalls, einer Dotierungskonzentration und einer Dicke der Feldstoppzone 138.
  • Ein anderes Ausführungsbeispiel einer Klemmstruktur in dem Halbleiterkörper 101 ist in der schematischen Schnittdarstellung 600 von 6 veranschaulicht. Die Erläuterungen und Informationen im Hinblick auf die Schnittdarstellung 500 von 5 gelten auch für die Schnittdarstellung 600. Die folgenden Erläuterungen beziehen sich auf Unterschiede im Hinblick auf die Schnittdarstellung 500.
  • In der Schnittdarstellung 600 umfasst die Klemmstruktur nicht nur die den Anodenbereich 135 an der ersten Oberfläche 106 umgebende Randabschlussstruktur 136, sondern weist zusätzlich auch eine die Feldstoppzone 138 an der zweiten Oberfläche 107 umgebende zweite n-dotierte Feldstoppzone 139 auf. Das Schottky-Kontaktmetall des ersten Kontaktes C12 grenzt direkt an die n-dotierte Feldstoppzone 138 an, fehlt jedoch oder kann lediglich teilweise die zweite Feldstoppzone 139 bedecken.
  • Eine vertikale Ausdehnung bzw. Erstreckung der Feldstoppzone 138 in den Halbleiterkörper 101 von der zweiten Oberfläche 107 ist größer als eine vertikale Ausdehnung bzw. Erstreckung der zweiten Feldstoppzone 139 in den Halbleiterkörper 101 von der zweiten Oberfläche 107. Beispielsweise können die Feldstoppzone 138 und die zweite Feldstoppzone 139 durch einen zweistufigen Diffusionsprozess von Donatoren, beispielsweise Selen und/oder Phosphor, oder durch einen zweistufigen Protonenimplantationsprozess von der zweiten Oberfläche 107 gebildet werden. Eine Protonenimplantation und ein Ausheilen erlauben es, wasserstoffkorrelierte Donatoren innerhalb des Halbleiterkörpers 101 zu bilden. Wenn eine Maske an der zweiten Oberfläche 107 des Halbleiterkörpers 101 einschließlich einer mit einem Gebiet, wo die Feldstoppzone 138 zu bilden ist, kongruenten Maskenöffnung aufgebracht wird, kann ein einstufiger Diffusions- und/oder Protonenimplantationsprozess verwendet werden, um die Feldstoppzone 138 und die zweite Feldstoppzone 139 zu bilden. Die Feldstoppzone 138 und die zweite Feldstoppzone 139 können auch durch Protonenimplantation durch und von der ersten Oberfläche 106 gebildet werden, wobei der zweite Kontakt C21 an der ersten Oberfläche 106 als eine Bestrahlungsmaske verwendet wird, um eine Stufe zwischen der Feldstoppzone 138 und der zweiten Feldstoppzone 139 zu bilden. In einigen Ausführungsbeispielen ist eine Dotierungskonzentration der zweiten Feldstoppzone 139 kleiner als eine Dotierungskonzentration der Feldstoppzone 138.
  • Ein anderes Ausführungsbeispiel einer Klemmstruktur in dem Halbleiterkörper 101 ist in der schematischen Schnittdarstellung 700 von 7 veranschaulicht. Die Erläuterungen und Informationen hinsichtlich der Schnittdarstellung 500 von 5 gelten auch für die Schnittdarstellung 700. Die folgenden Erläuterungen beziehen sich auf Unterschiede hinsichtlich der Schnittdarstellung 500.
  • Die Klemmstruktur umfasst weiterhin eine n-dotierte vergrabene Feldstoppzone 140, die in dem Halbleiterkörper 101 unter einem vertikalen Abstand von der Feldstoppzone 138 gelegen ist. Die vergrabene Feldstoppzone 140 ist auch unter einem vertikalen Abstand von dem Anodenbereich 135 gelegen und kann beispielsweise durch Protonenbestrahlung gebildet sein. Die Feldstoppzone 138 erstreckt sich in einen Randbereich, das heißt jenseits und in ein mit dem Schottky-Kontaktmetall an der zweiten Oberfläche 107 kongruentes Gebiet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Feldstoppzone 138 durch einen unmaskierten Diffusions- oder Ionenimplantationsprozess durch die zweite Oberfläche gebildet sein.
  • Ein anderes Ausführungsbeispiel einer Klemmstruktur in dem Halbleiterkörper 101 ist in der schematischen Schnittdarstellung 800 von 8 veranschaulicht. Die Erläuterungen und Informationen hinsichtlich der Schnittdarstellung 500 von 5 gelten auch für die Schnittdarstellung 800. Die folgenden Erläuterungen beziehen sich auf Unterschiede hinsichtlich der Schnittdarstellung 500.
  • Die Klemmstruktur umfasst weiterhin eine n-dotierte vergrabene Feldstoppzone 141, die in dem Halbleiterkörper 101 unter einem vertikalen Abstand von der Feldstoppzone 138 gelegen ist. Die vergrabene Feldstoppzone 140 grenzt direkt an den Anodenbereich 135 an. Die Feldstoppzone 138 erstreckt sich in einen Randbereich, das heißt jenseits eines Gebiets, das kongruent mit dem Schottky-Kontaktmetall an der zweiten Oberfläche 107 ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Feldstoppzone 138 durch einen unmaskierten Diffusions- oder Ionenimplantationsprozess durch die zweite Oberfläche gebildet sein.
  • Das Vorsehen der zweiten Feldstoppzone 139 und der vergrabenen Feldstoppzonen 140, 141 erlaubt es, lokal den elektrischen Durchbruch festzuhalten bzw. zu klemmen und so einem undefinierten lokalen Durchbruch entgegenzuwirken, der aufgrund von Prozessvariationen verteilt sein kann.
  • Ein anderes Ausführungsbeispiel einer Klemmstruktur in dem Halbleiterkörper 101 ist in der schematischen Schnittdarstellung 900 von 9 veranschaulicht. Die Erläuterungen und Informationen hinsichtlich der Schnittdarstellung 500 von 5 gelten auch für die Schnittdarstellung 900. Die folgenden Erläuterungen beschäftigen sich mit Unterschieden im Hinblick auf die Schnittdarstellung 500.
  • Eine Feldstoppzone 142 erstreckt sich in einen Randbereich, das heißt jenseits eines Gebiets, das mit dem Schottky-Kontaktmetall an der zweiten Oberfläche 107 kongruent ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Feldstoppzone 142 durch einen unmaskierten Diffusions- oder Ionenimplantationsprozess durch die zweite Oberfläche gebildet sein. Die Feldstoppzone 142 an der zweiten Oberfläche 107 ist unterbrochen durch p-dotierte Bereiche 143, die sandwichartig zwischen einem leicht n-dotierten Halbleiterkörper 101 und dem Schottky-Kontaktmetall C12 vorgesehen sind. Die p-dotierten Bereiche 143 und der leicht n-dotierte Halbleiterkörper 101 bilden eine zweite pn-Übergangsdiode 144 aus, die parallel zu der Schottky-Übergangsdiode 104 verbunden ist. Das Vorsehen der p-dotierten Bereiche 143 und somit der zweiten pn-Übergangsdiode 144 erlaubt es, eine Durchbruchspannung Vbr pn der pn-Übergangsdiode 103 zu reduzieren. In einigen Ausführungsbeispielen enden die p-dotierten Bereiche 143 innerhalb der Feldstoppzone 142, das heißt eine Ausdehnung bzw. Erstreckung der p-dotierten Bereiche 143 in den n-dotierten Halbleiterkörper 101 ist kleiner als eine Ausdehnung bzw. Erstreckung der Feldstoppzone 142 in den n-dotierten Halbleiterkörper 101. Darüber hinaus kann, wenn elektrische Eigenschaften wie Spannungssperrfähigkeiten an der zweiten Oberfläche 107 eingestellt werden, die durch die Parallelverbindung der Schottky-Übergangsdiode 104 und der zweiten pn-Übergangsdiode 144 definiert sind, ein Freiheitsgrad gesteigert werden.
  • 10 ist eine schematische Schnittdarstellung 1000, die ein Ausführungsbeispiel einer Klemmstruktur und eines IGBT veranschaulicht, welche in einen einzigen Halbleiterkörper integriert sind.
  • Der Halbleiterkörper 101 umfasst in einem Klemmstrukturgebiet 150 die Klemmstruktur mit einer Schottky-Übergangsdiode an der zweiten Oberfläche 107, wobei die Schottky-Übergangsdiode den ersten Kontakt C12 an der zweiten Oberfläche 107 aufweist, der ein Schottky-Kontaktmetall ausbildet, das einen Schottky-Übergang an einer Zwischenfläche zu der Feldstoppzone 138 in dem Klemmstrukturgebiet 150 bildet. Die Klemmstruktur umfasst weiterhin eine pn-Übergangsdiode an der ersten Oberfläche 106, wobei die pn-Übergangsdiode durch den Anodenbereich 135 und den leicht n-dotierten Halbleiterkörper 101 gebildet ist. Ein n-dotierter Durchbrucheinstellungsbereich 152 weist eine Dotierungskonzentration größer als der leicht n-dotierte Halbleiterkörper 101 auf, um sicherzustellen, dass die Durchbruchspannung Vbr pn der pn-Übergangsdiode der Klemmstruktur kleiner ist als eine Durchbruchspannung zwischen den Lastanschlüssen, das heißt dem Kollektor und dem Emitter des IGBT. Der Anodenbereich 135 ist elektrisch mit dem zweiten Kontakt C21 an der ersten Oberfläche 106 verbunden. In einigen anderen Ausführungsbeispielen kann der n-dotierte Durchbrucheinstellungsbereich 152 beispielsweise durch einen p+-dotierten Durchbrucheinstellungsbereich ersetzt werden.
  • Der Halbleiterkörper 101 umfasst weiterhin in einem IGBT-Gebiet 155 einen p-dotierten rückseitigen Emitterbereich 156 an der zweiten Oberfläche 107. Der p-dotiert rückseitige Emitterbereich 156 ist zwischen der n-dotierten Feldstoppzone 138 und einem Kontakt an der zweiten Oberfläche 107 angeordnet, der den Lastanschluss L2 des IGBT in dem IGBT-Gebiet 155 ausbildet. Der Lastanschluss L2 in dem IGBT-Gebiet 155 und der zweite Kontakt C21 in dem Klemmstrukturgebiet 150 können beispielsweise zusammen bzw. gemeinsam gebildet werden. Ein p-dotieter Bodybereich 157 und ein n+-dotierter Sourcebereich 158 an der ersten Oberfläche 106 sind elektrisch mit einem Kontakt des ersten Lastanschlusses L1 an der ersten Oberfläche 106 verbunden. Eine Gateelektrode, die den Steueranschluss C ausbildet, ist elektrisch von dem Halbleiterkörper 101 durch ein Gatedielektrikum 159 getrennt. Die Gateelektrode des IGBT in dem IGBT-Gebiet 155 und der zweite Kontakt C21 der Klemmstruktur in dem Klemmstrukturgebiet 150 können beispielsweise gemeinsam bzw. zusammen gebildet werden.
  • Ein elektrisches Feldprofil in einem Sperrmodus des IGBT, der ein ausgeschaltetes Gate hat, ist nächst zu der Schnittdarstellung 1000 gezeigt. Ein Absolutwert Eabs des elektrischen Feldes ist längs einer Tiefe einer Mitte der Klemmstruktur dargestellt. Ein Spitzenwert des elektrischen Feldes ist bei einer Zwischenfläche zwischen dem Anodenbereich 135 und dem n-dotierten Durchbrucheinstellungsbereich 152. Da eine Dotierungskonzentration des n-dotierten Durchbrucheinstellungsbereiches 152 und der n-dotierten Feldstoppzone 138 größer ist als in dem leicht n-dotierten Halbleiterkörper 101, nimmt das elektrische Feld stärker je Längeneinheit längs der vertikalen Richtung in dem n-dotierten Durchbrucheinstellungsbereich 152 und der n-dotierten Feldstoppzone 138 ab als in dem leicht n-dotierten Halbleiterkörper 101.
  • Der in 10 gezeigte Leistungstransistor ist ein durch eine Klemmstruktur hinsichtlich einer Überspannung geschützter IGBT. Andere Leistungstransistoren, beispielsweise laterale oder vertikale IGFETs, laterale oder vertikale BJTs können auch mit der Klemmstruktur in einer einzigen Halbleiterdie gemäß anderen Ausführungsbeispielen integriert sein.
  • Die Klemmstruktur und der IGBT können beispielsweise in einem niederpoligen Gehäuse, beispielsweise in einem 3-Pin-Gehäuse, wie einem TO-Gehäuse, integriert sein.
  • 11 ist eine schematische Schnittdarstellung 1100, die eine Klemmstruktur und einen rückwärts leitenden (RC-)IGBT, intgriert in einen einzigen Halbleiterkörper, veranschaulicht.
  • Eine Rückwärts-Leitfähigkeit des RC-IGBT wird erzielt durch elektrisches Verbinden der n-dotierten Feldstoppzone 138 mit dem ersten Kontakt C12 über einen bzw. mehrere n-dotierte Kurzschlussbereiche 160.
  • Der Halbleiterkörper 101 umfasst weiterhin in dem Klemmstrukturgebiet 150 einen n-dotierten Bereich 161 zwischen dem Anodenbereich 135 und dem zweiten Kontakt C21. Der Anodenbereich 135 und der n-dotierte Bereich 161 bilden einen pn-Übergang aus. Die Durchbruchspannung des pn-Übergangs kann groß genug gewählt werden, um beispielsweise eine positive Gatespannung gegen den zweiten Lastanschluss L2 zu sperren. Der durch den Anodenbereich 135 und den n-dotierten Bereich 161 gebildete pn-Übergang ist ein Beispiel einer die Schottky-Übergangsdiode von 1 ersetzenden zweiten pn-Übergangsdiode.
  • Ein elektrisches Feldprofil bei einer Gate-Source-Spannung, die größer ist als eine Schwellenspannung, und bei einer Gate-Source-Spannung, die größer ist als eine Sättigungsspannung zwischen Kollektor und Emitter ist nächst zu einem Profil Eabs veranschaulicht. Ein Absolutwert Eabs r des elektrischen Feldes ist längs einer Tiefe von einer Mitte der Klemmstruktur dargestellt. Ein Spitzenwert des elektrischen Feldes ist bei einer Zwischenfläche zwischen dem n-dotierten Bereich 161 und dem Anodenbereich 135.
  • Der in 11 dargestellte Leistungstransistor ist ein RC-IGBT, der durch eine Klemmstruktur hinsichtlich einer Überspannung geschützt ist. Andere Leistungstransistoren, beispielsweise laterale oder vertikale IGFETs, laterale oder vertikale BJTs, können auch mit der Klemmstruktur in einer einzigen Halbleiterdie gemäß anderen Ausführungsbeispielen integriert sein.
  • Die Klemmstruktur und der IGBT können in einem niederpoligen Gehäuse, beispielsweise einem 3-Pin-Gehäuse, wie beispielsweise einem TO-Gehäuse integriert sein.
  • Obwohl Halbleiterbereiche, die für einen ähnlichen Zweck in den hier beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispielen vorgesehen sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, können Abmessungen und Dotierungskonzentrationen zwischen den verschiedenen Ausführungsbeispielen voneinander abweichen.
  • Obwohl hier spezifische Ausführungsbeispiele veranschaulicht und beschrieben sind, ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass eine Vielzahl von Alternativen und/oder äquivalenten Ausgestaltungen für die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele herangezogen werden kann, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Veränderungen der hier diskutierten spezifischen Ausführungsbeispiele abdecken. Daher ist beabsichtigt, dass diese Erfindung lediglich durch die Patentansprüche und deren Äquivalente begrenzt ist.

Claims (22)

  1. Halbleitervorrichtung, umfassend: einen Halbleiterkörper (101), der eine Klemmstruktur (102) umfasst, die eine pn-Übergangsdiode (103) und eine Schottky-Übergangsdiode (104) aufweist, die antiseriell zwischen einem ersten Kontakt (C11, C12) und einem zweiten Kontakt (C21, C22) verbunden sind, wobei eine Durchbruchspannung (Vbr pn) der pn-Übergangsdiode (103) größer ist als 100 V und eine Durchbruchspannung (Vbr S) der Schottky-Übergangsdiode größer ist als 10 V.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die pn-Übergangsdiode (103) und die Schottky-Übergangsdiode (104) wenigsten einen Halbleiterbereich des Halbleiterkörpers (101) miteinander teilen.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die pn-Übergangsdiode (103), die elektrisch zwischen der Schottky-Übergangsdiode (104) und einem Kontakt aus den ersten und zweiten Kontakten (C11, C12, C21, C22) verbunden ist, eine einzelne pn-Übergangsdiode ist.
  4. Halbleitervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend einen Leistungstransistor (110), der erste und zweite Lastanschlüsse (L1, L2) und einen Steueranschluss (C) aufweist, wobei die Klemmstruktur (102) elektrisch zwischen dem Steueranschluss (C) und dem zweiten Lastanschluss (L2) verbunden ist, der zweite Lastanschluss (L2) ein Drainkontakt eines Feldeffekttransistors mit isoliertem Gate, ein Kollektorkontakt eines Bipolartransistors mit isoliertem Gate oder ein Kollektorkontakt eines bipolaren Übergangstransistors ist, der Steueranschluss (C) ein entsprechender Kontakt eines Gates eines Feldeffekttransistors mit isoliertem Gate, eines Gates eines Bipolartransistors mit isoliertem Gate oder einer Basis eines bipolaren Übergangstransistors ist.
  5. Halbleitervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die pn-Übergangsdiode (103) und die Schottky-Übergangsdiode (104), die antiseriell verbunden sind, eine diskrete Halbleiterklemmvorrichtung in einem Halbleitergehäuse (115) ausbilden.
  6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, bei der der Leistungstransistor ein diskreter Leistungstransistor ist, wobei der Leistungstransistor und die Klemmstruktur in verschiedenen Halbleiterdies (120, 121) gebildet sind.
  7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, bei der die verschiedenen Halbleiterdies auf einem gemeinsamen Leiterrahmen befestigt sind.
  8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Klemmstruktur und der Leistungstransistor in einem einzelnen Chipgehäuse untergebracht sind, wobei ein Steuerpin (127) des Chipgehäuses elektrisch mit einem Steueranschlusskontaktgebiet des Leistungstransistors durch einen ersten Bonddraht (128) verbunden ist und der Steuerpin (127) des Chipgeäuses elektrisch mit der pn-Übergangsdiode (103) der Klemmstruktur durch einen zweiten Bonddraht (129) verbunden ist.
  9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, bei der der Leistungstransistor (110) und die Klemmstruktur (102) in dem Halbleiterkörper (101) integriert sind.
  10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, bei der eine Driftzone des Leistungstransistors (110), ein Kathodenbereich der Schottky-Übergangsdiode (104) und ein Kathodenbereich der pn-Übergangsdiode (103) in einem übereinstimmenden Halbleiterbereich gebildet sind.
  11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, bei der eine Durchbruchspannung zwischen ersten und zweiten Lastanschlüssen (L1, L2) des Leistungstransistors größer ist als eine Durchbruchspannung der Klemmstruktur, die parallel zu dem zweiten Lastanschluss (L2) und dem Steueranschluss (C) geschaltet ist.
  12. Halbleitervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der zweite Kontakt (C21) an einer ersten Oberfläche (106) des Halbleiterkörpers (101) ist und elektrisch mit der pn-Übergangsdiode (103) verbunden ist, und bei der der erste Kontakt (C12) an einer zweiten Oberfläche (107) des Halbleiterkörpers entgegengesetzt zu der ersten Oberfläche (106) ist und ein Schottky-Kontaktmetall der Schottky-Übergangsdiode ausbildet.
  13. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12, weiterhin umfassend eine Feldstoppzone (138) zwischen dem Schottky-Kontaktmetall und einem Teil des Halbleiterkörpers (101), wobei die Feldstoppzone (138) direkt an das Schottky-Kontaktmetall angrenzt und eine Dotierungskonzentration größer als der Teil des Halbleiterkörpers (101) aufweist.
  14. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 13, bei der der Teil des Halbleiterkörpers (101) eine Dotierungskonzentration in der Spanne von 5 × 1012 cm–3 und 2 × 1014 cm–3 aufweist und bei der eine Dicke des Teiles des Halbleiterkörpers (101) zwischen entgegengesetzten Oberflächen des Halbleiterkörpers größer als 50 μm ist.
  15. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14, bei der der Teil des Halbleiterkörpers (101) einen Kathodenbereich der pn-Übergangsdiode (103) der Klemmstruktur (102) ausbildet.
  16. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 15, weiterhin umfassend einen Anodenbereich (135) der pn-Übergangsdiode (103) direkt angrenzend an eine erste Oberfläche (106) des Halbleiterkörpers (101), wobei der Anodenbereich (135) elektrisch mit dem ersten Kontakt (C11, C12) verbunden ist.
  17. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 16, weiterhin umfassend eine Randabschlussstruktur, die den Anodenbereich (135) an der ersten Oberfläche (106) umgibt.
  18. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 17, bei der die Randabschlussstruktur wenigstens ein Element aus Feldplatten, Ringstrukturen, Übergangsabschlussausdehnungsstrukturen und Strukturen mit Variation der lateralen Dotierung umfasst.
  19. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 18, weiterhin umfassend eine vergrabene Feldstoppzone (140, 141), die in dem Halbleiterkörper (101) in einem vertikalen Abstand von der Feldstoppzone (138) gelegen ist.
  20. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 19, bei der die vergrabene Feldstoppzone (140) in einem vertikalen Abstand von dem Anodenbereich (135) gelegen ist.
  21. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 19, bei der die vergrabene Feldstoppzone (141) direkt an den Anodenbereich (135) angrenzt.
  22. Halbleitervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine zweite pn-Übergangsdiode, die elektrisch parallel mit der Schottky-Übergangsdiode (104) verbunden ist.
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