DE10226908B4

DE10226908B4 - Isolierschicht-Bipolartransistor

Info

Publication number: DE10226908B4
Application number: DE10226908.4A
Authority: DE
Inventors: Eisuke Suekawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-07-17
Filing date: 2002-06-17
Publication date: 2014-03-13
Anticipated expiration: 2022-06-18
Also published as: US7250639B1; DE10226908A1; JP4566470B2; JP2003031809A

Abstract

Isolierschicht-Bipolartransistor, der folgendes aufweist: – eine erste Halbleiterschicht (80) eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einer ersten Hauptoberfläche (102) und einer zweiten Hauptoberfläche (100) gegenüber der ersten Hauptoberfläche (102); – eine zweite Halbleiterschicht (12) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die auf der ersten Hauptoberfläche (102) der ersten Halbleiterschicht (80) gebildet ist; – eine erste Mehrzahl von ersten dotierten Bereichen (11) des ersten Leitfähigkeitstyps, die selektiv in einer Hauptoberfläche (103) der zweiten Halbleiterschicht (12) gegenüber der ersten Halbleiterschicht (80) gebildet sind, ohne mit der ersten Halbleiterschicht (80) verbunden zu sein; – eine Kollektorelektrode (10), die auf der Hauptoberfläche (103) der zweiten Halbleiterschicht (12) so gebildet ist, dass sie eine Oberfläche (105) eines jeden der ersten dotierten Bereiche (11) überdeckt; und – eine zweite Mehrzahl von Strukturen (200a–200d), wobei jede Struktur (200a bis 200d) aufweist: – einen zweiten dotierten Bereich (2, 20) des zweiten Leitfähigkeitstyps, der selektiv in der zweiten Hauptoberfläche (100) der ersten Halbleiterschicht (80) gebildet ist, ohne mit der zweiten Halbleiterschicht (12) verbunden zu sein, – einen dritten dotierten Bereich (3a, 3b, 30a, 30b) des ersten Leitfähigkeitstyps, der selektiv in einer Oberfläche (104a, 104b) des zweiten dotierten Bereichs (2, 20) gebildet ist, ohne mit der ersten Halbleiterschicht (80) verbunden zu sein; – genau einen Kanalbereich (CH1a bis CH1d), der in einem Abschnitt der Oberfläche (104a, 104b) des zweiten dotierten Bereichs (2, 20) definiert ist, der zwischen dem dritten dotierten Bereich (3a, 3b, 30a, 30b) und der ersten Halbleiterschicht (80) liegt; – eine Isolierschicht (40–42), die auf dem Kanalbereich (CH1a bis CH1d) gebildet ist; – eine Gateelektrode (50–52), die auf der Isolierschicht (40 bis 42) gebildet ist, und – eine Emitterelektrode (6), die mit den zweiten (2, 20) und dritten dotierten Bereichen (3a, 3b, 30a, 30b) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass ...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Isolierschicht-Bipolartransistor (im Folgenden als „IGBT” bezeichnet) zur Verwendung in einem Inverter und dergleichen.
Beschreibung des Standes der Technik
Ein gattungsgemäßer Stand der Technik wird in DE 42 35 175 C2 oder DE 41 14 349 C2 beschrieben.
7 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Aufbau eines ersten IGBT nach dem Stand der Technik zeigt. Wie in 7 gezeigt ist, sind p-dotierte Bereiche 2 und 20 um einen vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet und selektiv in einer Hauptoberfläche 100 einer n-Halbleiterschicht 1 gebildet, die als n-Typ-Halbleitersubstrat dient. N⁺-dotierte Bereiche 3a und 3b, die um einen vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet sind, sind selektiv in einer Oberfläche des p-dotierten Bereichs 2 gebildet. In ähnlicher Weise sind n⁺-dotierte Bereiche 30a und 30b, die um einen vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet sind, selektiv in einer Oberfläche des p-dotierten Bereichs 20 gebildet.
Eine Isolierschicht 40 ist auf einem Teil der Hauptoberfläche 100 der n-Halbleiterschicht 1 gebildet, die zwischen den n⁺-dotierten Bereichen 3b und 30a liegt, und eine Gateelektrode 50 ist auf der Isolierschicht 40 gebildet. Eine Zwischenschicht-Isolierschicht 70 ist so gebildet, dass sie die Gateelektrode 50 überdeckt. In ähnlicher Weise ist auf einem Teil der Hauptoberfläche 100 der n-Halbleiterschicht 1 eine Isolierschicht 41 gebildet, die zwischen dem n⁺-dotierten Bereich 3a und einem in 7 nicht gezeigten n⁺-dotierten Bereich liegt, und eine Gateelektrode 51 ist auf der Isolierschicht 41 gebildet. Eine Zwischenschicht-Isolierschicht 71 ist so gebildet, dass sie die Gateelektrode 51 überdeckt. Auf einem Teil der Hauptoberfläche 100 der n-Halbleiterschicht 1 ist eine Isolierschicht 42 gebildet, die zwischen dem n⁺-dotierten Bereich 30b und einem in 7 nicht gezeigten n⁺-dotierten Bereich liegt, und auf der Isolierschicht 42 ist eine Gateelektrode 52 gebildet. Eine Zwischenschicht-Isolierschicht 72 ist so gebildet, dass sie die Gateelektrode 52 überdeckt.
Auf der Hauptoberfläche 100 der n-Halbleiterschicht 1 und auf den Zwischenschicht-Isolierschichten 70 bis 72 ist eine Emitterelektrode 6 gebildet. Die Emitterelektrode 6 ist mit den n⁺-dotierten Bereichen 3a, 3b, 30a, 30b und den p-dotierten Bereichen 2, 20 verbunden.
Eine n⁺-Pufferschicht 8 mit einer Störstoffkonzentration, die höher ist als diejenige der n-Halbleiterschicht 1, ist auf einer Hauptoberfläche 101 der n-Halbleiterschicht 1 gegenüber der Hauptoberfläche 100 gebildet. Eine Kollektorschicht 90, die eine p⁺-Halbleiterschicht mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Störstoffkonzentration ist, ist auf einer Hauptoberfläche der n⁺-Pufferschicht 8 gegenüber der n-Halbleiterschicht 1 gebildet. Eine Kollektorelektrode 10 ist auf einer Hauptoberfläche der Kollektorschicht 90 gegenüber der n⁺-Pufferschicht 8 gebildet.
Der erste IGBT nach dem Stand der Technik mit dem oben erwähnten Aufbau ist dahingehend nachteilig, dass eine große Anzahl an von der Kollektorschicht 90 injizierten Defektelektronen, die in einem Sperrzustand die p⁺-Halbleiterschicht ist, einen Leckstrom im Sperrzustand (im folgenden einfach als „Leckstrom” bezeichnet) bei erhöhten Temperaturen stark anwachsen lassen. Im allgemeinen ist eine Verringerung der Dicke der n-Halbleiterschicht 1 sehr wirksam, um die Kennlinien eines IGBT mit hoher Durchbruchspannung, wie z. B. eine Spannung im Durchlaßzustand und einen Leistungsverlust beim Abschalten, zu verbessern. Allerdings steigt als Reaktion auf die Verringerung der Dicke der n-Halbleiterschicht 1 die Stromverstärkung hFE eines internen pnp-Transistors im Sperrzustand an, was den Leckstrom erhöht. Insbesondere ist der erste IGBT nach dem Stand der Technik, bei dem, wie oben erörtert, im Sperrzustand eine große Anzahl an Defektelektronen von der Kollektorschicht 90 injiziert wird, dahingehend problembehaftet, dass durch die Verringerung der Dicke der n-Halbleiterschicht 1 der Leckstrom deutlich ansteigt. Mit dem „internen pnp-Transistor” im ersten IGBT nach dem Stand der Technik ist ein bipolarer pnp-Transistor gemeint, der die n-Halbleiterschicht 1 und die als Basisbereich betrachtete n⁺-Pufferschicht 8, den als Kollektorbereich betrachteten p-dotierten Bereich 2 bzw. den p-dotierten Bereich 20, sowie die als Emitterbereich betrachtete Kollektorschicht 90 umfasst. Der „Sperrzustand” ist ein Zustand, in dem beispielsweise die Emitterelektrode 6 und die Gateelektroden 50 bis 52 auf demselben Potential liegen, während an der Kollektorelektrode 10 ein höheres Potential anliegt als an der Emitterelektrode 6 und an den Gateelektroden 50 bis 52, und in dem der IGBT gesperrt ist. Mit dem „Leckstrom” ist ein Strom gemeint, der im Sperrzustand zwischen der Kollektorelektrode 10 und der Emitterelektrode 6 fließt.
Um das oben erwähnte Problem zu lösen, ist ein zweiter IGBT nach dem Stand der Technik vorgeschlagen worden. 8 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Aufbau des zweiten IGBT nach dem Stand der Technik zeigt. Obwohl die Kollektorschicht 90 im ersten IGBT nach dem Stand der Technik die p⁺-Halbleiterschicht mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Störstoffkonzentration ist, umfasst der zweite IGBT nach dem Stand der Technik eine Kollektorschicht 91, in der sich verkürzte Kollektorbereiche 120, die n⁺-dotierte Bereiche und p⁺-dotierte Bereiche 92 sind, miteinander abwechseln.
Insbesondere weist die Kollektorschicht 91, wie in 8 gezeigt ist, die verkürzten Kollektorbereiche 120 und die p⁺-dotierten Bereiche 92 auf, die abwechselnd auf der Hauptoberfläche der n⁺-Pufferschicht 8 gegenüber der n-Halbleiterschicht 1 gebildet sind. Die Kollektorelektrode 10 ist auf einer Hauptoberfläche der Kollektorschicht 91 gegenüber der n⁺-Pufferschicht 8 gebildet. Mit anderen Worten ist die Kollektorelektrode 10 so gebildet, dass sie die verkürzten Kollektorbereiche 120 und die p⁺-dotierten Bereiche 92 überdeckt. Ein derartiger Aufbau wird als „verkürzte Kollektorstruktur” bezeichnet.
Beim zweiten IGBT nach dem Stand der Technik mit dem oben erwähnten Aufbau fließt im Sperrzustand ein Großteil der Elektronenströme, die seitens der Emitterelektrode 6 entweichen, durch die verkürzten Kollektorbereiche 120 in die Kollektorelektrode 10. Dies verringert die Anzahl an Defektelektronen, die von den p⁺-dotierten Bereichen 92 injiziert werden. Daher kann beim zweiten IGBT nach dem Stand der Technik der Leckstrom unter denjenigen des ersten IGBT nach dem Stand der Technik gebracht werden, und es kann der aus der Verringerung der Dicke der n-Halbleiterschicht 1 herrührende Anstieg des Leckstroms abgemildert werden.
Um den Leckstrom unter denjenigen des ersten IGBT nach dem Stand der Technik zu bringen, ist ein dritter IGBT nach dem Stand der Technik vorgeschlagen worden, der sich im Aufbau von dem zweiten IGBT nach dem Stand der Technik unterscheidet.
9 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Aufbau des dritten IGBT nach dem Stand der Technik zeigt. Obwohl die Kollektorschicht 90 im ersten IGBT nach dem Stand der Technik die p⁺-Halbleiterschicht mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Störstoffkonzentration ist, umfasst der dritte IGBT nach dem Stand der Technik eine Kollektorschicht 93, in der sich p⁺-dotierte Bereiche 94 und p^–-dotierte Bereiche 95, die eine Störstoffkonzentration haben, die niedriger ist als diejenige der p⁺-dotierten Bereiche 94, miteinander abwechseln.
Insbesondere weist die Kollektorschicht 93, wie in 9 gezeigt ist, die p⁺-dotierten Bereiche 94 und die p^–-dotierten Bereiche 95 auf, die abwechselnd auf der Hauptoberfläche der n⁺-Pufferschicht 8 gegenüber der n-Halbleiterschicht 1 gebildet sind. Die Kollektorelektrode 10 ist auf einer Hauptoberfläche der Kollektorschicht 93 gegenüber der n⁺-Pufferschicht 8 gebildet. Mit anderen Worten ist die Kollektorelektrode 10 so gebildet, dass sie die p⁺-dotierten Bereiche 94 und die p^–-dotierten Bereiche 95 überdeckt.
Beim dritten IGBT nach dem Stand der Technik mit dem oben erwähnten Aufbau ist der Gesamtbetrag an Störstoff in der Kollektorschicht 93 geringer als derjenige in der Kollektorschicht 90 des ersten IGBT nach dem Stand der Technik. Im Sperrzustand fließen die seitens der Emitterelektrode 6 entwichenen Elektronenströme leichter durch die eine geringere Störstoffkonzentration aufweisenden p^–-dotierten Bereiche 95 in die Kollektorelektrode 10. Dies verringert die Anzahl an von der Kollektorschicht 93 injizierten Defektelektronen. Daher kann beim dritten IGBT nach dem Stand der Technik der Leckstrom unter denjenigen des ersten IGBT nach dem Stand der Technik gebracht werden, und im Vergleich mit dem ersten IGBT nach dem Stand der Technik kann der aus der Verringerung der Dicke der n-Halbleiterschicht 1 herrührende Anstieg des Leckstroms abgemildert werden.
Unglücklicherweise umfasst der zweite IGBT nach dem Stand der Technik, der mit der verkürzten Kollektorstruktur ausgeführt ist, eine Parasitärdiode, die sich z. B. aus dem p-dotierten Bereich 2, der n-Halbleiterschicht 1, der n⁺-Pufferschicht 8 und den verkürzten Kollektorbereichen 120 zusammensetzt. Bei Verwendung in einem Inverter und dergleichen bricht der zweite IGBT nach dem Stand der Technik in einem Freilaufmodus zusammen.
Beim dritten IGBT nach dem Stand der Technik fließen die Elektronenströme seitens der Emitterelektrode 6 beim Abschalten schnell durch die p^–-dotierten Bereiche 95 mit einer geringeren Störstoffkonzentration in die Kollektorelektrode 10. Dadurch klingt der Schwanzstrom im Kollektorstrom des IGBT schnell ab, so dass der Leistungsverlust beim Abschalten verringert ist, in manchen Fällen jedoch oszilliert eine Kollektor-Emitter-Spannung in zeitlicher Abhängigkeit mit dem schlagartigen Abklingen des Schwanzstroms. Somit könnte der dritte IGBT nach dem Stand der Technik eine Fehlfunktion haben oder, im schlimmsten Fall, zusammenbrechen.
Es besteht ein weiteres Problem dahingehend, dass sich im Durchlaßzustand des IGBT die seitens der Emitterelektrode 6 abfließenden Elektronenströme im IGBT ansammeln, so dass sich die Kennlinien des IGBT verschlechtern, was von der Lage und der Anzahl an Bereichen abhängt, welche die Elektronenströme in der Kollektorschicht leicht leiten, z. B. die verkürzten Kollektorbereiche 120 im zweiten IGBT nach dem Stand der Technik und die p^–-dotierten Bereiche 95 im dritten IGBT nach dem Stand der Technik. 10 zeigt die im zweiten IGBT nach dem Stand der Technik fließenden Elektronenströme, und 11 zeigt die im dritten IGBT nach dem Stand der Technik fließenden Elektronenströme.
Wie in 10 gezeigt ist, fließen die Elektronenströme 300 seitens der Emitterelektrode 6 im Durchlaßzustand des IGBT zur Kollektorschicht 91. Da die Kollektorschicht 91 die verkürzten Kollektorbereiche 120 aufweist, welche die n⁺-dotierten Bereiche sind, fließt ein Großteil der Elektronenströme 300 in die verkürzten Kollektorbereiche 120. Dies verursacht das Ansammeln der Elektronenströme 300 im zweiten IGBT nach dem Stand der Technik, je nach Lage und Anzahl der verkürzten Kollektorbereiche 120, wie in 10 gezeigt ist. In dem IGBT fließende Defektelektronenströme 301 sind in 10 ebenfalls gezeigt.
Wie in 11 dargestellt ist, fließen die Elektronenströme 300 seitens der Emitterelektrode 6 im Durchlaßzustand des IGBT zur Kollektorschicht 93. Da die Kollektorschicht 93 die teilweise gebildeten p^–-dotierten Bereiche 95 mit einer geringeren Störstoffkonzentration aufweist, fließt ein Großteil der Elektronenströme 300 in die p^–-dotierten Bereiche 95. Dies verursacht das Ansammeln der Elektronenströme 300 im dritten IGBT nach dem Stand der Technik, je nach Lage und Anzahl der p^–-dotierten Bereiche 95, wie in 11 gezeigt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Isolierschicht-Bipolartransistor die Merkmale des Anspruchs 1.
Vorzugsweise umfasst in dem Isolierschicht-Bipolartransistor nach dem ersten Aspekt die erste Halbleiterschicht eine Pufferschicht mit der ersten Hauptoberfläche und eine dritte Halbleiterschicht mit der zweiten Hauptoberfläche; und die Pufferschicht ist auf einer Hauptoberfläche der dritten Halbleiterschicht gegenüber der zweiten Hauptoberfläche gebildet und hat eine Störstoffkonzentration, die größer als diejenige der dritten Halbleiterschicht ist.
Vorzugsweise hat in dem Isolierschicht-Bipolartransistor nach dem ersten Aspekt die zweite Halbleiterschicht eine im wesentlichen gleichmäßige Störstoffkonzentration.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der Isolierschicht-Bipolartransistor nach dem ersten Aspekt darüber hinaus eine Polysiliziumschicht in Kontakt mit der Oberfläche eines jeden der ersten dotierten Bereiche und mit der Hauptoberfläche der zweiten Halbleiterschicht, bei dem die Kollektorelektrode über der Hauptoberfläche der zweiten Halbleiterschicht so gebildet ist, dass sie die Oberfläche eines jeden der ersten dotierten Bereiche überdeckt, wobei die Polysiliziumschicht zwischen der Kollektorelektrode, und den ersten dotierten Bereichen und der zweiten Halbleiterschicht liegt.
Vorzugsweise umfasst in dem Isolierschicht-Bipolartransistor nach dem zweiten Aspekt die erste Halbleiterschicht eine Pufferschicht mit der ersten Hauptoberfläche und eine dritte Halbleiterschicht mit der zweiten Hauptoberfläche; und die Pufferschicht ist auf einer Hauptoberfläche der dritten Halbleiterschicht gegenüber der zweiten Hauptoberfläche gebildet und hat eine Störstoffkonzentration, die größer als diejenige der dritten Halbleiterschicht ist.
Vorzugsweise hat in dem Isolierschicht-Bipolartransistor nach dem zweiten Aspekt die zweite Halbleiterschicht eine im wesentlichen gleichmäßige Störstoffkonzentration.
Im Isolierschicht-Bipolartransistor nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird durch die selektive Ausbildung der ersten dotierten Bereiche in der dritten Hauptoberfläche der zweiten Halbleiterschicht, ohne mit der ersten Halbleiterschicht verbunden zu sein, die effektive Konzentration der zweiten Halbleiterschicht auf den ersten dotierten Bereichen niedriger. Wenn der erste Leitfähigkeitstyp ein n-Typ und der zweite Leitfähigkeitstyp ein p-Typ ist, ist die Anzahl an von der zweiten Halbleiterschicht injizierten Defektelektronen verringert, wenn die Emitterelektrode und die Gateelektrode auf demselben Potential liegen, und an der Kollektorelektrode liegt ein höheres Potential an als an den Emitter- und Gateelektroden (im Sperrzustand). Demzufolge ist der Leckstrom reduziert.
Dadurch, dass die ersten dotierten Bereiche nicht mit der ersten Halbleiterschicht verbunden sind, wird verhindert, dass sich eine Parasitärdiode ausbildet, wenn zwischen den ersten dotierten Bereichen und der ersten Halbleiterschicht eine Verbindung hergestellt wird. Von daher kann der Isolierschicht-Bipolartransistor des ersten Aspekts in einem stabilen Betriebszustand laufen, wenn er in einem Inverter und dergleichen eingesetzt wird.
Die zweite Halbleiterschicht umfasst keinen Bereich, der mit einer teilweise geringeren Störstoffkonzentration gebildet ist. Mit anderen Worten hat die zweite Halbleiterschicht eine im wesentlichen gleichmäßige Störstoffkonzentration. Wenn der erste Leitfähigkeitstyp der n-Typ und der zweite Leitfähigkeitstyp der p-Typ ist, fließen beim Abschalten die seitens der Emitterelektrode abfließenden Elektronenströme gleichmäßig in die Kollektorelektrode. Dies unterdrückt beim Abschalten das abrupte Abklingen des Schwanzstroms im Kollektorstrom, was aus der teilweisen Bildung des Bereichs mit geringerer Störstoffkonzentration resultiert, so dass das Oszillieren der Kollektor-Emitter-Spannung unterdrückt wird. Dies stellt den Isolierschicht-Bipolartransistor bereit, der in einem stabilen Betriebszustand läuft.
Die ersten dotierten Bereiche, welche die Elektronenströme leicht leiten, sind in entsprechender Relation zu und nur jeweils unter den Kanalbereichen gebildet. Wenn der erste Leitfähigkeitstyp der n-Typ und der zweite Leitfähigkeitstyp der p-Typ ist, fließen die unter den Kanalbereichen fließenden Elektronenströme jeweils zu den entsprechenden ersten dotierten Bereichen unter den Kanalbereichen, wenn der Isolierschicht-Bipolartransistor des ersten Aspekts durchgeschaltet ist. Dies mildert eine Elektronenstromansammlung im IGBT zuverlässig ab, die je nach der Lage und Anzahl der Bereiche, welche die Elektronenströme leicht leiten, aufgetreten ist, wodurch die Verschlechterung der Kennlinien aufgrund der Stromansammlung zuverlässig vermindert wird.
Im Isolierschicht-Bipolartransistor des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung steht die Polysiliziumschicht in Kontakt mit der Oberfläche jedes der ersten dotierten Bereiche und mit der Hauptoberfläche der zweiten Halbleiterschicht. Dies erzeugt einen Gettereffekt an der Kontaktfläche zwischen der Polysiliziumschicht und den ersten dotierten Bereichen und der zweiten Halbleiterschicht, so dass eine Verkürzung der Lebensdauer aufgrund von in einem Herstellungsprozess eingetragenen Schwermetallen abgemildert wird. Demzufolge kann im IGBT des zweiten Aspekts der Anstieg der Spannung und des Leckstroms im Durchlaßzustand, der sich aus der Lebensdauerverkürzung ergibt, abgemildert werden.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen IGBT bereitzustellen, in dem ein Leckstrom vermindert ist, eine Elektronenstromansammlung im IGBT zuverlässig abgemildert ist, und der in einem stabilen Betriebszustand läuft.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung, wenn sie in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen gesehen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die 1 und 2 sind schematische Schnittansichten, die einen Aufbau eines IGBT zeigen;
Die 3 und 4 sind grafische Darstellungen, die die Kennlinien des IGBT zeigen;
5 zeigt die Elektronenströme, die in dem IGBT fließen;
6 ist eine schematische Schnittansicht, die einen weiteren Aufbau des IGBT zeigt;
7 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Aufbau eines ersten IGBT nach dem Stand der Technik zeigt;
8 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Aufbau eines zweiten IGBT nach dem Stand der Technik zeigt;
9 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Aufbau eines dritten IGBT nach dem Stand der Technik zeigt;
10 zeigt Elektronenströme, die in dem zweiten IGBT nach dem Stand der Technik fließen; und
11 zeigt Elektronenströme, die in dem dritten IGBT nach dem Stand der Technik fließen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Aufbau eines IGBT zeigt. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst der IGBT eine n-Halbleiterschicht 1, die als Halbleitersubstrat des n-Typs dient. Eine n⁺-Pufferschicht 8 mit einer Störstoffkonzentration, die höher ist als diejenige der n-Halbleiterschicht 1, ist auf einer Hauptoberfläche 101 der n-Halbleiterschicht 1 gebildet. Eine p⁺-Halbleiterschicht 12 mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Störstoffkonzentration ist auf einer Hauptoberfläche 102 der n⁺-Pufferschicht 8 gegenüber der n-Halbleiterschicht 1 gebildet. Die p⁺-Halbleiterschicht 12 ist zum Beispiel durch epitaxiales Aufwachsen gebildet, so dass sie eine Dicke von etwa 6 bis 10 μm und eine Störstoffkonzentration von etwa 1·10¹⁸ cm^–3 aufweist. Im allgemeinen wird durch das Vorsehen der n⁺-Pufferschicht 8 auf der n-Halbleiterschicht 1 die Verringerung der Dicke der n-Halbleiterschicht 1 erreicht, um in der Folge die Spannung des IGBT im Durchlaßzustand zu verringern. Obwohl die n⁺-Pufferschicht 8 auf der n-Halbleiterschicht 1 vorgesehen ist, ist es kein Merkmal der vorliegenden Erfindung, die n⁺-Pufferschicht 8 vorzusehen oder wegzulassen, und somit werden die n-Halbleiterschicht 1 und die n⁺-Pufferschicht 8 kollektiv als „n-Typ-Halbleiterschicht 80” bezeichnet. Demzufolge wird eine Hauptoberfläche 100 der n-Halbleiterschicht 1 als „Hauptoberfläche 100 der n-Typ-Halbleiterschicht 80” bezeichnet, und die Hauptoberfläche 102 der n⁺-Pufferschicht 8 wird als „Hauptoberfläche 102 der n-Typ-Halbleiterschicht 80'' bezeichnet. Ein anderer Ausdruck für das Vorhergehende unter Verwendung der n-Typ-Halbleiterschicht 80 besteht darin, dass die p⁺-Halbleiterschicht 12 auf der Hauptoberfläche 102 der n-Typ-Halbleiterschicht 80 gebildet ist.
Eine Mehrzahl an n⁺-dotierten Bereichen 11 ist selektiv in einer Hauptoberfläche 103 der p⁺-Halbleiterschicht 12 gegenüber der n-Typ-Halbleiterschicht 80 gebildet, ohne mit der n-Typ-Halbleiterschicht 80 verbunden zu sein. Die n⁺-dotierten Bereiche 11 sind durch Implantieren und Diffundieren eines n-Typ-Störstoffs von der Seite der Hauptoberfläche 103 der p⁺-Halbleiterschicht 12 gebildet. Die n⁺-dotierten Bereiche 11 haben eine Diffusionstiefe von beispielsweise etwa 3 bis 5 μm und eine Störstoffkonzentration von beispielsweise etwa 2·10¹⁸ cm^–3.
Eine Kollektorelektrode 10 ist auf der Hauptoberfläche 103 der p⁺-Halbleiterschicht 12 so gebildet, dass sie eine Oberfläche 105 jedes der n⁺-dotierten Bereiche 11 überdeckt. Die p⁺-Halbleiterschicht 12 und die n⁺-dotierten Bereiche 11 werden kollektiv als „Kollektorschicht 9” bezeichnet.
Die p-dotierten Bereiche 2 und 20 sind selektiv in der Hauptoberfläche 100 der n-Typ-Halbleiterschicht 80 gegenüber der Hauptoberfläche 102 gebildet, ohne mit der p⁺-Halbleiterschicht 12 verbunden zu sein. Die p-dotierten Bereiche 2 und 20 sind um einen vorgegebenen Abstand voneinander beabstandet. N⁺-dotierte Bereiche 3a und 3b sind selektiv in einer Oberfläche 104a des p-dotierten Bereichs 2 gebildet, ohne mit der n-Typ-Halbleiterschicht 80 verbunden zu sein. Die n⁺-dotierten Bereiche 3a und 3b sind um einen vorgegebenen Abstand voneinander beabstandet. In ähnlicher Weise sind n⁺-dotierte Bereiche 30a und 30b selektiv in einer Oberfläche 104b des p-dotierten Bereichs 20 gebildet, ohne mit der n-Typ-Halbleiterschicht 80 verbunden zu sein. Die n⁺-dotierten Bereiche 30a und 30b sind um einen vorgegebenen Abstand voneinander beabstandet.
Ein Kanalbereich CH1a ist in einem Teil der Oberfläche 104a des p-dotierten Bereichs 2 definiert, der zwischen dem n⁺-dotierten Bereich 3b und der n-Typ-Halbleiterschicht 80 liegt. Ein Kanalbereich CH1c ist in einem Teil der Oberfläche 104b des p-dotierten Bereichs 20 definiert, der zwischen dem n⁺-dotierten Bereich 30a und der n-Typ-Halbleiterschicht 80 liegt. Auf den Kanalbereichen CH1a und CH1c ist eine Isolierschicht 40 aus beispielsweise Siliziumoxid gebildet, und auf der Isolierschicht 40 ist eine Gateelektrode 50 aus beispielsweise Polysilizium gebildet. Eine Zwischenschicht-Isolierschicht 70 ist so gebildet, dass sie die Gateelektrode 50 überdeckt.
Ein Kanalbereich CH1b ist in einem Teil der Oberfläche 104a des p-dotierten Bereichs 2 definiert, der zwischen dem n⁺-dotierten Bereich 3a und der n-Typ-Halbleiterschicht 80 liegt. Auf dem Kanalbereich CH1b ist eine Isolierschicht 41 aus beispielsweise Siliziumoxid gebildet, und auf der Isolierschicht 41 ist eine Gateelektrode 51 aus beispielsweise Polysilizium gebildet. Eine Zwischenschicht-Isolierschicht ist so gebildet, dass sie die Gateelektrode 51 überdeckt. Ein Kanalbereich CH1d ist in einem Teil der Oberfläche 104b des p-dotierten Bereichs 20 definiert, der zwischen dem n⁺-dotierten Bereich 30b und der n-Typ-Halbleiterschicht 80 liegt. Auf dem Kanalbereich CH1d ist eine Isolierschicht 42 aus beispielsweise Siliziumoxid gebildet, und auf der Isolierschicht 42 ist eine Gateelektrode 52 aus beispielsweise Polysilizium gebildet. Eine Zwischenschicht-Isolierschicht 72 ist so gebildet, dass sie die Gateelektrode 52 überdeckt.
Die n⁺-dotierten Bereiche 3a, 3b, 30a, 30b werden kollektiv auch als „n⁺-dotierter Bereich 310” bezeichnet. Die p-dotierten Bereiche 2 und 20 werden kollektiv auch als „p-dotierter Bereich 210” bezeichnet. Die Isolierschichten 40, 41, 42 werden kollektiv auch als „Isolierschicht 400” bezeichnet. Die Gateelektroden 50, 51, 52 werden kollektiv auch als „Gateelektrode 500” bezeichnet. Die Zwischenschicht-Isolierschichten 70, 71, 72 werden kollektiv auch als „Zwischenschicht-Isolierschicht 700” bezeichnet. Die Kanalbereiche CH1a bis CH1d werden kollektiv auch als „Kanalbereich CH1” bezeichnet. Der oben erwähnte Kanalbereich CH1 ist ein Bereich, in dem sich eine Inversionsschicht ausbildet, wenn an der Gateelektrode 500 eine vorbestimmte Spannung anliegt.
Eine Emitterelektrode 6 ist auf der Hauptoberfläche 100 der n-Typ-Halbleiterschicht 80 und auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 700 gebildet. Die Emitterelektrode 6 ist mit dem n⁺-dotierten Bereich 310 und dem p-dotierten Bereich 210 verbunden.
In dem in 1 gezeigten IGBT werden der p-dotierte Bereich 2, der n⁺-dotierte Bereich 3b, der Kanalbereich CH1a, die Isolierschicht 40, die Gateelektrode 50 und die Emitterelektrode 6 kollektiv als Struktur 200a bezeichnet. In anderen Worten umfasst die Struktur 200a: den selektiv in der Hauptoberfläche 100 der n-Typ-Halbleiterschicht 80 gebildeten p-dotierten Bereich 2, ohne mit der p⁺-Halbleiterschicht 12 verbunden zu sein; den selektiv in der Oberfläche 104a des p-dotierten Bereichs 2 gebildeten n⁺-dotierten Bereich 3b, ohne mit der n-Typ-Halbleiterschicht 80 verbunden zu sein; den in dem Teil der Oberfläche 104a des p-dotierten Bereichs 2 definierten Kanalbereich CH1a, der zwischen dem n⁺-dotierten Bereich 3b und der n-Typ Halbleiterschicht 80 liegt; die auf dem Kanalbereich CH1a gebildete Isolierschicht 40; die auf der Isolierschicht 40 gebildete Gateelektrode 50; und die Emitterelektrode 6, die mit dem p-dotierten Bereich 2 und dem n⁺-dotierten Bereich 3b verbunden ist.
Der p-dotierte Bereich 2, der n⁺-dotierte Bereich 3a, der Kanalbereich CH1b, die Isolierschicht 41, die Gateelektrode 51 und die Emitterelektrode 6 werden kollektiv als Struktur 200b bezeichnet. Der p-dotierte Bereich 20, der n⁺-dotierte Bereich 30a, der Kanalbereich CH1c, die Isolierschicht 40, die Gateelektrode 50 und die Emitterelektrode 6 werden kollektiv als Struktur 200c bezeichnet. Der p-dotierte Bereich 20, der n⁺-dotierte Bereich 30b, der Kanalbereich CH1d, die Isolierschicht 42, die Gateelektrode 52 und die Emitterelektrode 6 werden kollektiv als Struktur 200d bezeichnet. Das heißt, der IGBT umfasst die Strukturen 200a bis 200d. Die Strukturen 200a bis 200d werden kollektiv auch als „Struktur 200” bezeichnet. Es ist unnötig zu sagen, dass durch das Vorsehen der n-Typ-Halbleiterschicht 80, der Kollektorschicht 9, der Kollektorelektrode 10 und einer beliebigen der Strukturen 200a bis 200d, z. B. die Struktur 200a, ermöglicht wird, dass der IGBT als solcher arbeitet.
Als Nächstes werden die n⁺-dotierten Bereiche 11 im Einzelnen beschrieben. 2 ist eine schematische Schnittansicht, die den Aufbau des IGBT zeigt, und stellt das räumliche Verhältnis zwischen dem Kanalbereich CH1 der Struktur 200 und den n⁺-dotierten Bereichen 11 dar.
Wie in 2 gezeigt, sind die n⁺-dotierten Bereiche 11 in der Kollektorschicht 9 in entsprechender Relation zu und jeweils nur unter den Kanalbereichen CH1a bis CH1d der Struktur 200 gebildet. Mit anderen Worten, und mit Blick in eine zur Hauptoberfläche 100 senkrechten Richtung von der Seite der Hauptoberfläche 100 der n-Typ-Halbleiterschicht 80, sind die n⁺-dotierten Bereiche 11, die den Kanalbereichen CH1a bis CH1d entsprechen, so positioniert, dass sie nur jeweils unter den Kanalbereichen CH1a bis CH1d liegen. Das heißt, jeder der n⁺-dotierten Bereiche 11, der einem der Kanalbereiche CH1a bis CH1d entspricht, ist ausschließlich auf einer Linie positioniert, die von dem entsprechenden Kanalbereich CH1a bis CH1d in der Richtung senkrecht zur Hauptoberfläche 100 der n-Typ-Halbleiterschicht 80 gezogen ist. Die strichpunktierten Pfeile von 2 zeigen an, dass die n⁺-dotierten Bereiche 11 nur jeweils unter den Kanalbereichen CH1a bis Ch1d gebildet sind.
Es folgt eine kurze Beschreibung des Betriebs des IGBT mit dem oben erwähnten Aufbau. Der IGBT schaltet durch, wenn an der Gateelektrode 500 ein höheres Potential als an der Emitterelektrode 6 anliegt, wobei das Potential der Kollektorelektrode 10 höher gehalten ist als dasjenige der Emitterelektrode 6. Insbesondere bildet sich eine Inversionsschicht im Kanalbereich CH1, und von der Emitterelektrode 6 werden durch die Inversionsschicht Elektronen in die n-Typ-Halbleiterschicht 80 injiziert. Das Injizieren von Elektronen in die n-Typ-Halbleiterschicht 80 verursacht, dass Defektelektronen von der Kollektorschicht 9 in die n-Typ-Halbleiterschicht 80 injiziert werden. Im Ergebnis tritt eine Leitfähigkeitsregulierung in der n-Typ-Halbleiterschicht 80 auf, so dass der Widerstand der n-Typ-Halbleiterschicht 80 beträchtlich reduziert ist. Somit fließt Strom zwischen der Kollektorelektrode 10 und der Emitterelektrode 6.
Wenn die Gateelektrode 500 und die Emitterelektrode 6 auf demselben Potential liegen, geht der IGBT in den Sperrzustand und es fließt fast kein Strom zwischen der Kollektorelektrode 10 und der Emitterelektrode 6.
Bei dem IGBT mit dem oben erwähnten Aufbau nimmt die effektive Konzetration der p⁺-Halbleiterschicht 12 auf den n⁺-dotierten Bereichen 11 ab, da die n⁺-dotierten Bereiche 11 selektiv in der Hauptoberfläche 103 der p⁺-Halbleiterschicht 12 gebildet sind, ohne mit der n^–-Typ-Halbleiterschicht 80 verbunden zu sein. Mit anderen Worten läßt die Bildung der n⁺-dotierten Bereiche 11 in der Kollektorschicht 9 den Gesamtbetrag des p-Typ-Störstoffs der Kollektorschicht 9 kleiner werden als denjenigen der Kollektorschicht 90 des ersten IGBT nach dem Stand der Technik. Dies reduziert die im Sperrzustand von der Kollektorschicht 9 injizierte Anzahl an Defektelektronen, um demzufolge den Leckstrom unter denjenigen des ersten IGBT nach dem Stand der Technik zu bringen und den Anstieg des Leckstroms abzumildern, der aus der Dickenreduzierung der n-Halbleiterschicht 1 im Vergleich mit dem ersten IGBT nach dem Stand der Technik resultiert.
3 ist eine grafische Darstellung, die eine Kennlinie des IGBT gemäß 2 zeigt, und die ein Verhältnis zwischen einer Kollektor-Emitter-Spannung V_CE und einem Leckstrom I_CES darstellt. In 3 gibt die Kurve 61 eine Kennlinie des ersten IGBT nach dem Stand der Technik an; die Kurve 62 gibt eine Kennlinie des zweiten IGBT nach dem Stand der Technik an; die Kurve 63 gibt eine Kennlinie des dritten IGBT nach dem Stand der Technik an; und die Kurve 64 gibt die Kennlinie des IGBT gemäß 2 an. Die Kennlinien des ersten, zweiten und dritten IGBT nach dem Stand der Technik, die durch die in 3 gezeigten Kurven 61 bis 63 angegeben sind, beruhen auf den folgenden Einstellungen der Dicke und Störstoffkonzentration der Kollektorschichten der IGBTs. Die Kollektorschicht 90 des ersten IGBT nach dem Stand der Technik hat eine Dicke von etwa 6 bis 10 μm und eine Störstoffkonzentration von etwa 1·10¹⁸ cm^–3. Die Kollektorschicht 91 des zweiten IGBT nach dem Stand der Technik hat eine Dicke von etwa 6 bis 10 μm. Die p⁺-dotierten Bereiche 92 der Kollektorschicht 91 haben eine Störstoffkonzentration von etwa 1·10¹⁸ cm^–3, und deren verkürzte Kollektorbereiche 120 haben eine Störstoffkonzentration von etwa 1·10¹⁷ cm^–3. Die Kollektorschicht 93 des dritten IGBT nach dem Stand der Technik hat eine Dicke von etwa 6 bis 10 μm. Die p⁺-dotierten Bereiche 94 der Kollektorschicht 93 haben eine Störstoffkonzentration von etwa 1·10¹⁸ cm^–3, und deren p^–-dotierte Bereiche 95 haben eine Störstoffkonzentration von etwa 1·10¹⁶–1·10¹⁷ cm^–3. Der IGBT ist in anderen Strukturen als die Kollektorschicht, dem ersten, zweiten und dritten IGBT nach dem Stand der Technik ähnlich.
Aus 3 geht hervor, dass der Leckstrom des IGBT gemäß 2 (durch die Kurve 64 angegeben) geringer ist als der Leckstrom des ersten IGBT nach dem Stand der Technik (durch die Kurve 61 angegeben).
Im IGBT gemäß 2 fließen wegen der im wesentlichen gleichmäßigen p-Typ-Störstoffkonzentration der p⁺-Halbleiterschicht 12 beim Abschalten die seitens der Emitterelektrode abfließenden Elektronenströme im wesentlichen gleichmäßig in die Kollektorelektrode 10. Dies unterdrückt das abrupte Abklingen des Schwanzstroms im Kollektorstrom, das aus dem Vorhandensein von teilweise gebildeten Bereichen geringerer Störstoffkonzentration resultiert, was im dritten IGBT nach dem Stand der Technik auftrat, so dass das Oszillieren der Kollektor-Emitter-Spannung verhindert ist. Im Ergebnis ist der IGBT geschaffen, der in einem stabilen Betriebszustand läuft.
4 ist eine grafische Darstellung, die die Kennlinien des IGBT gemäß 2 zeigt, und die die Kennlinien der Kollektor-Emitter-Spannung V_CE bzw. des Kollektorstroms I_C beim Abschalten darstellt. In 4 gibt die Kurve 81 den Kollektorstrom des dritten IGBT nach dem Stand der Technik an; die Kurve 73 gibt den Kollektorstrom des IGBT gemäß 2 an; die Kurve 82 gibt die Kollektor-Emitter-Spannung des dritten IGBT nach dem Stand der Technik an; und die Kurve 74 gibt die Kollektor-Emitter-Spannung des IGBT gemäß 2 an.
Wie in einem Abschnitt A von 4 angegeben ist, klingt im dritten IGBT nach dem Stand der Technik der Schwanzstrom im Kollektorstrom beim Abschalten abrupt. ab, weil die Kollektorschicht 93 teilweise die Bereiche geringerer Störstoffkonzentration hat. Dies läßt die Kollektor-Emitter-Spannung in zeitlichem Verhältnis zum abrupten Abklingen des Schwanzstroms oszillieren, wie in einem Abschnitt B von 4 angegeben ist. Im IGBT gemäß 2 ist jedoch wegen der im wesentlichen gleichmäßigen Störstoffkonzentration der p⁺-Halbleiterschicht 12 in der Kollektorschicht 9 beim Abschalten kein abruptes Abklingen des Schwanzstroms im Kollektorstrom vorhanden, wie im Abschnitt A angegeben ist. Dies unterdrückt das im Abschnitt B angegebene Oszillieren der Kollektor-Emitter-Spannung.
Unter der Annahme, dass die n⁺-dotierten Bereiche 11 mit der n-Typ-Halbleiterschicht 80 verbunden sind, umfasst der IGBT gemäß 2 eine Parasitärdiode, die sich z. B. aus dem p-dotierten Bereich 2, der n-Typ-Halbleiterschicht 80 und den n⁺-dotierten Bereichen 11, wie im zweiten IGBT nachdem Stand der Technik, zusammensetzt. Im IGBT gemäß 2 jedoch sind die n⁺-dotierten Bereiche 11 selektiv in der Hauptoberfläche 103 der p⁺-Halbleiterschicht 12 gebildet, ohne mit der n-Typ-Halbleiterschicht 80 verbunden zu sein. Dies verhindert die Ausbildung der Parasitärdiode, die sich aus der Verbindung zwischen den n⁺-dotierten Bereichen 11 und der n-Typ-Halbleiterschicht 80 ergibt. Daher kann der IGBT in einem stabilen Betriebszustand laufen, wenn er in einem Inverter und dergleichen eingesetzt wird.
Darüber hinaus sind in dem IGBT gemäß 2 die n⁺-dotierten Bereiche 11 der Kollektorschicht 9 in entsprechender Relation zu und jeweils nur unter den Kanalbereichen CH1a bis CH1d der Struktur 200 gebildet. Dies mildert eine Elektronenstromansammlung im IGBT zuverlässig ab.
5 zeigt die in dem IGBT gemäß 2 der vorliegenden Erfindung fließenden Elektronenströme. Die Elektronenströme 300a, 300b, 300c und 300d sind diejenigen, die unter den Kanalbereichen CH1a, CH1b, CH1c bzw. CH1d fließen.
Im allgemeinen fließt ein Großteil der Elektronenströme seitens der Emitterelektrode in einem IGBT von unter den Kanalbereichen zur Kollektorelektrode. Darüber hinaus fließt, wie in Bezug auf den zweiten IGBT nach dem Stand der Technik festgestellt, ein Großteil der Elektronenströme seitens der Emitterelektrode 6 im allgemeinen zu den n-Typ-dotierten Bereichen, wenn n-Typ-dotierte Bereiche in der Kollektorelektrode gebildet sind.
Im IGBT gemäß 2 sind die n⁺-dotierten Bereiche 11, welche die Elektronenströme leicht leiten, in entsprechender Relation zu und jeweils nur unter den jeweiligen Kanalbereichen CH1a bis CH1d der Struktur 200 gebildet. Somit fließt ein Großteil der Elektronenströme 300a zu einem der n⁺-dotierten Bereiche 11, der unter dem Kanalbereich CH1a liegt. In. ähnlicher Weise fließen die Elektronenströme 300b zu einem der n⁺-dotierten Bereiche 11, der unter dem Kanalbereich CH1b liegt; die Elektronenströme 300c fließen zu einem der n⁺-dotierten Bereiche 11, der unter dem Kanalbereich CH1c liegt; und die Elektronenströme 300d fließen zu einem der n⁺-dotierten Bereiche 11, der unter dem Kanalbereich CH1d liegt. Dies mildert die Elektronenstromansammlung im IGBT zuverlässig ab, die je nach der Lage und Anzahl der Bereiche, welche die Elektronenströme in der Kollektorschicht leicht leiten, aufgetreten ist. Demgemäß ist die Verschlechterung der Leistungsmerkmale des IGBT, die aus der Stromansammlung resultiert, zuverlässig vermindert.
6 ist eine schematische Schnittansicht, die einen weiteren Aufbau des IGBT zeigt. Der IGBT gemäß 6 umfasst zusätzlich zu den Komponenten des IGBT gemäß 2 darüber hinaus eine Polysiliziumschicht 14, wobei die Kollektorelektrode 10 über der Kollektorschicht 9 gebildet ist, mit der Polysiliziumschicht 14 dazwischen.
Wie in 6 gezeigt, ist die Polysiliziumschicht 14 im IGBT auf der Hauptoberfläche 103 der p⁺-Halbleiterschicht 12 so gebildet, dass sie die Oberfläche 105 jedes n⁺-dotierten Bereichs 11 überdeckt. Das heißt, die Polysiliziumschicht 14 ist in Kontakt mit der Oberfläche 105 jedes n⁺-dotierten Bereichs 11 und der Hauptoberfläche 103 der p⁺-Halbleiterschicht 12. Die Kollektorelektrode 10 ist auf einer Hauptoberfläche der Polysiliziumschicht 14 gegenüber der p⁺-Halbleiterschicht 12 gebildet. Das heißt, die Kollektorelektrode 10 ist über der Hauptoberfläche 103 der p⁺-Halbleiterschicht 12 so gebildet, dass sie die Oberfläche 105 jedes n⁺-dotierten Bereichs 11 überdeckt, wobei die Polysiliziumschicht 14 zwischen der Kollektorelektrode 10 und der p⁺-Halbleiterschicht 12 und den n⁺-dotierten Bereichen 11 liegt.
Im allgemeinen verkürzen verunreinigende Störstoffe wie z. B. Schwermetalle, die beim Herstellprozess des IGBT eingetragen wurden, die Lebensdauer von Minoritätsträgern im IGBT. Die verkürzte Lebensdauer erhöht die Spannung und den Leckstrom im Durchlaßzustand des IGBT. Im IGBT gemäß 6 mit dem oben erwähnten Aufbau, bei dem die Polysiliziumschicht 14 in Kontakt mit der Oberfläche 105 jedes n⁺-dotierten Bereichs 11 und der Hauptoberfläche 103 der p⁺-Halbleiterschicht 12 ist, fängt ein Spannungsfeld, das an der Kontaktfläche zwischen der Polysiliziumschicht 14 und der Kollektorschicht 9 erzeugt wird, Schwermetalle ab. Das heißt, an den Kontaktflächen zwischen der Polysiliziumschicht 14, und den n⁺-dotierten Bereichen 11 und der p⁺-Halbleiterschicht 12 wird ein Gettereffekt erzeugt. Dies mildert die durch die Schwermetalle verursachte Lebensdauerverkürzung ab, um in der Folge den Anstieg der Spannung und des Leckstroms im Durchlaßzustand aufgrund der Lebensdauerverkürzung abzumildern.
Die Leitfähigkeitstypen (p- und n-Typen) der Störstoffe in den jeweiligen dotierten Bereichen und den jeweiligen Halbleiterschichten können untereinander ausgetauscht werden.

Claims

Isolierschicht-Bipolartransistor, der folgendes aufweist: – eine erste Halbleiterschicht (80) eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einer ersten Hauptoberfläche (102) und einer zweiten Hauptoberfläche (100) gegenüber der ersten Hauptoberfläche (102); – eine zweite Halbleiterschicht (12) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die auf der ersten Hauptoberfläche (102) der ersten Halbleiterschicht (80) gebildet ist; – eine erste Mehrzahl von ersten dotierten Bereichen (11) des ersten Leitfähigkeitstyps, die selektiv in einer Hauptoberfläche (103) der zweiten Halbleiterschicht (12) gegenüber der ersten Halbleiterschicht (80) gebildet sind, ohne mit der ersten Halbleiterschicht (80) verbunden zu sein; – eine Kollektorelektrode (10), die auf der Hauptoberfläche (103) der zweiten Halbleiterschicht (12) so gebildet ist, dass sie eine Oberfläche (105) eines jeden der ersten dotierten Bereiche (11) überdeckt; und – eine zweite Mehrzahl von Strukturen (200a–200d), wobei jede Struktur (200a bis 200d) aufweist: – einen zweiten dotierten Bereich (2, 20) des zweiten Leitfähigkeitstyps, der selektiv in der zweiten Hauptoberfläche (100) der ersten Halbleiterschicht (80) gebildet ist, ohne mit der zweiten Halbleiterschicht (12) verbunden zu sein, – einen dritten dotierten Bereich (3a, 3b, 30a, 30b) des ersten Leitfähigkeitstyps, der selektiv in einer Oberfläche (104a, 104b) des zweiten dotierten Bereichs (2, 20) gebildet ist, ohne mit der ersten Halbleiterschicht (80) verbunden zu sein; – genau einen Kanalbereich (CH1a bis CH1d), der in einem Abschnitt der Oberfläche (104a, 104b) des zweiten dotierten Bereichs (2, 20) definiert ist, der zwischen dem dritten dotierten Bereich (3a, 3b, 30a, 30b) und der ersten Halbleiterschicht (80) liegt; – eine Isolierschicht (40–42), die auf dem Kanalbereich (CH1a bis CH1d) gebildet ist; – eine Gateelektrode (50–52), die auf der Isolierschicht (40 bis 42) gebildet ist, und – eine Emitterelektrode (6), die mit den zweiten (2, 20) und dritten dotierten Bereichen (3a, 3b, 30a, 30b) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Mehrzahl von ersten dotierten Bereichen (11) des ersten Leitfähigkeitstyps identisch mit der zweiten Mehrzahl von Strukturen (200a bis 200d) ist, und dass jeder aus der Mehrzahl der ersten dotierten Bereiche (11) nur unter dem jeweils, in Richtung senkrecht zur zweiten Hauptoberfläche (100), darüber liegenden Kanalbereich (CH1a bis CH1d) gebildet ist.
Bipolartransistor nach Anspruch 1, welcher ferner eine Polysiliziumschicht (14) in Kontakt mit der Oberfläche (105) eines jeden der ersten dotierten Bereiche (11) und mit der Hauptoberfläche (103) der zweiten Halbleiterschicht (12) aufweist, wobei die Kollektorelektrode (10) über der Hauptoberfläche (103) der zweiten Halbleiterschicht (12) so gebildet ist, dass sie die Oberfläche (105) eines jeden der ersten dotierten Bereiche (11) überdeckt, und wobei die Polysiliziumschicht (14) zwischen der Kollektorelektrode (10) und den ersten dotierten Bereichen (11) und der zweiten Halbleiterschicht (12) liegt.
Bipolartransistor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die erste Halbleiterschicht (80) eine Pufferschicht (8) mit der ersten Hauptoberfläche (102) und eine dritte Halbleiterschicht (1) mit der zweiten Hauptoberfläche (100) aufweist, und bei dem die Pufferschicht (8) auf einer Hauptoberfläche (101) der dritten Halbleiterschicht (1) gegenüber der zweiten Hauptoberfläche (100) gebildet ist und eine Störstoffkonzentration hat, die größer als diejenige der dritten Halbleiterschicht (1) ist.
Bipolartransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zweite Halbleiterschicht (12) eine gleichmäßige Störstoffkonzentration hat.