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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein mittels Feldeffekt steuerbares
Halbleiterbauelement gemäß den Merkmalen
des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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Derartige
Halbleiterbauelemente werden üblicherweise
als IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) bezeichnet. Bei einem
n-Kanal-IGBT bildet
die erste Anschlusszone die Sourcezone und ist n-dotiert, die Kanalzone,
die auch als Body-Zone bezeichnet wird, ist p-dotiert, die Driftzone
ist n-dotiert und die zweite Anschlusszone, die die Drainzone bildet, ist
p-dotiert, wobei
sich zwischen der Driftzone und der Drainzone gegebenenfalls eine
stärker
als die Driftzone n-dotierte Stoppzone oder Pufferzone befindet.
Derartige IGBTs werden in bekannter Weise durch Anlegen eines positiven
Ansteuerpotentials an die Steuerelektrode, die die Gate-Elektrode
bildet, leitend angesteuert, wobei bei Anlegen einer positiven Spannung
zwischen der Drainzone und der Sourcezone ein Laststrom über die
Drainzone, die Driftzone, die Kanalzone und die Sourcezone fließt. Ein
pn-Übergang
zwischen der Drainzone und der Driftzone bzw. der Pufferzone ist
dabei in Flussrichtung gepolt und in der Kanalzone ist zwischen
der Driftzone und der Sourcezone ein leitender Kanal ausgebildet.
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Ein
Betriebszustand mit einer positiven Drain-Source-Spannung wird bei
einem n-Kanal-IGBT üblicherweise
als Betrieb in "Vorwärtsrichtung", ein Betrieb mit
einer positiven Source-Drain-Spannung üblicherweise
als Betrieb in "Rückwärtsrichtung" bezeichnet. Die
Sourcezone und die Kanalzone sind bei einem IGBT normalerweise kurzgeschlossen.
Allerdings verhindert der pn-Übergang
zwischen der Drainzone und der Driftzone einen Stromfluss in "Rückwärtsrichtung" bei Anlegen einer positiven Spannung
zwischen der Sourcezone und der Drainzone, wodurch bei IGBT anders
als bei MOSFET keine integrierte Freilaufdiode vorhanden ist.
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Eine
derartige Freilaufdiodenfunktion, also das Ermöglichen eines Stromflusses
in Source-Drain-Richtung ohne Ansteuerung der Gate-Elektrode, ist
für viele
Anwendungen jedoch dringend erforderlich. Beispiele hierfür sind der
Einsatz von IGBT als Schalter zum Schalten induktiver Lasten.
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Zur
Realisierung einer solchen Freilaufdiodenfunktion ist es bekannt,
bei einem n-Kanal-IGBT die p-dotierte Drainzone stellenweise derart
zu unterbrechen, dass die Driftzone bis an eine die Drainzone kontaktierende
Drain-Elektrode reicht. Die Eigenschaften einer hierdurch erhaltenen
Freilaufdiode sind für
viele Anwendungen jedoch völlig
ungenügend,
so dass bei IGBT üblicherweise
eine externe Diode parallel geschaltet wird, um die Freilauffunktion
zu erfüllen.
Das Vorsehen eines zusätzlichen
externen Bauelements erhöht
die Gesamtkosten des Bauelements allerdings erheblich.
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Die
DE 101 25 004 A1 und
die WO 02/063695 A1 beschreiben jeweils einen Leistungs-IGBT mit
einer p-dotierten Drainzone in der eine n-dotierte Halbleiterzone
beabstandet zu einer Driftzone des Bauelements angeordnet ist. Ein
Anschlusselektrode kontaktiert dabei die p-dotierte Drainzone und
die in der Drainzone angeordnete n-dotierte Halbleiterzone.
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Ziel
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Halbleiterbauelement zur
Verfügung
zu stellen, das zum Einen die Funktionen eines IGBT hinsichtlich Schaltverhalten,
Spannungsfestigkeit und Einschaltwiderstand in einer Laststreckenrichtung
besitzt, und das ein integriertes Freilaufelement zur Ermöglichung
eines Stromflusses in einer entgegengesetzten Laststreckenrichtung
besitzt.
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Dieses
Ziel wird durch ein Halbleiterbauelement gemäß der Merkmale der Ansprüche 1 und
7 gelöst.
Vorteilhafte Ausges taltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Eine
Schaltungsanordnung mit einem IGBT und einem Freilaufelement, die
in einem gemeinsamen Halbleiterkörper integriert
sind, ist Gegenstand des Patentanspruchs 8.
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Das
erfindungsgemäße Halbleiterbauelement
umfasst eine erste Anschlusszone eines ersten Leitungstyps, eine
Driftzone des ersten Leitungstyps, eine zwischen der ersten Anschlusszone
und der Driftzone angeordnete Kanalzone eines zweiten Leitungstyps,
eine zweite Anschlusszone des zweiten Leitungstyps, die durch eine
Anschlusselektrode kontaktiert ist, wobei die Driftzone zwischen
der Kanalzone und der zweiten Anschlusszone angeordnet ist, sowie
eine isoliert gegenüber
der Kanalzone angeordnete Steuerelektrode. Das Halbleiterbauelement
umfasst weiterhin eine Zone des ersten Leitungstyps, die an die
Anschlusselektrode angeschlossen ist, beabstandet zu der Kanalzone
angeordnet und durch eine Zone des zweiten Leitungstyps von der
Driftzone getrennt ist.
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Weiterhin
ist vorgesehen, dass die die Kathodenzone des Thyristors von der
Driftzone trennende Halbleiterzone Aussparungen oder Kanäle aufweist,
in denen die Driftzone bzw. eine stärker als die Driftzone dotierte
Pufferzone bis an die Kathodenzone reicht, wodurch die Zündspannung
des Thyristors reduziert werden kann.
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Die
erste Anschlusszone bildet bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement die
Sourcezone eines IGBT, und die zweite Anschlusszone bildet die Drainzone
eines IGBT, dessen Gate-Elektrode durch die Steuerelektrode gebildet
ist. Zwischen der Sourcezone und der Drainzone sind die Kanalzone bzw.
Body-Zone und die Driftzone ausgebildet. Durch die weiterhin vorhandene
Zone des ersten Leitungstyps, die an die Anschlusselektrode angeschlossen
ist und die durch eine Zone des zweiten Leitungstyps von der Driftzone
getrennt ist, ist in dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement außerdem ein
Thyristor integriert, dessen Anode bei einem n-Kanal-IGBT durch
die die Sourcezone bildende Halbleiterzone gebildet ist und dessen
Kathodenzone durch die Zone des ersten Leitungstyps gebildet ist.
Die diese Kathodenzone umgebende Zone des zweiten Leitungstyps bildet
die Gatezone des Thyristors.
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Dieser
Thyristor wird bei einem n-Kanal-IGBT bei Anlegen einer positiven
Spannung zwischen der Sourcezone und der die Drainzone des IGBT
und die Kathodenzone des Thyristors kontaktierenden Anschlusselektrode über Kopf
gezündet
und bestimmt das Stromleitverhalten des Halbleiterbauelementes in "Rückwärtsrichtung".
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung ist die Kathodenzone des Thyristors in die Drainzone des
IGBT eingebracht, wodurch die diese Kathodenzone umgebende Zone
des zweiten Leitungstyps bzw, die Gatezone des Thyristors durch
die Drainzone des IGBT gebildet ist.
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Bei
Leistungs-IGBT befindet sich die Drainzone üblicherweise an der Rückseite
eines Halbleiterkörpers,
während
sich die Sourcezone an der Vorderseite des Halbleiterkörpers befindet
und der Halbleiterkörper
in vertikaler Richtung von einem Laststrom durchflossen wird. Bei
Ausbildung der Kathodenzone des Thyristors in der Drainzone, die
dann gleichzeitig die Gatezone des Thyristors bildet, befindet sich
diese Kathodenzone ebenfalls an der Rückseite des Halbleiterkörpers und
wird durch eine auf die Rückseite
aufgebrachte Drain-Elektrode
kontaktiert.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Sourcezone des IGBT und die Kathodenzone
des Thyristors jeweils im Bereich der Vorderseite des Halbleiterkörpers, jedoch
in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers voneinander beanstandet
angeordnet sind. Die Kathodenzone des Thyristors ist mittels einer
komplementär
zu der Kathodenzone dotierten Gatezone gegenüber der Driftzone des IGBT,
die auch die Driftzone des Thyristors bildet, isoliert, wobei diese
Gatezone bei diesem Ausführungsbeispiel
nicht mit der Drainzone des IGBT übereinstimmt, die im Bereich
der Rückseite
des Halbleiterkörpers
gebildet ist.
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Bei
einer Ausführungsform,
bei der die Kathodenzone ebenso wie die Drainzone im Bereich der Rückseite
des Halbleiterkörpers
ausgebildet sind, ist weiterhin vorgesehen, dass die Gatezone, die
die Kathodenzone des Thyristors umgibt, von der Drainzone des IGBT
getrennt ist, um dadurch den Zündstrom des
Thyristors zu reduzieren.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Drainzone wenigstens eine schmale Aussparung
aufweist, über
welche die Driftzone bzw. die stärker
als die Driftzone dotierte Stoppzone bis an die Anschlusselektrode
bzw. Drain-Elektrode
reicht. Hierdurch wird parallel zu dem Thyristor eine Freilaufdiode
gebildet, die die Spannungsfestigkeit des Bauelementes in Rückwärtsrichtung
mitbestimmt.
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Das
erfindungsgemäße Halbleiterbauelement
umfasst somit in einem Halbleiterkörper einen IGBT und einen Thyristor,
wobei der Gateanschluss und der Kathodenanschluss des Thyristors
und der Drainanschluss des IGBT gemeinsam angeschlossen sind, und
wobei der Sourceanschluss des IGBT und der Anodenanschluss des Thyristors
gemeinsam angeschlossen sind. Der IGBT bestimmt dabei die Eigenschaften
des Bauelementes in Vorwärtsrichtung, das
heißt
bei einem n-Kanal-IGBT bei Anlegen einer positiven Spannung zwischen
Drainzone und Sourcezone, und der Thyristor bestimmt die Eigenschaften
des Bauelementes in Rückwärtsrichtung,
das heißt
bei einem n-Kanal-IGBT bei Anlegen einer positiven Spannung zwischen
Sourcezone und Drainzone.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand von
Figuren näher erläutert.
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1 zeigt
einen ausschnittsweisen Querschnitt durch ein Halbleiterbauelement
mit einem integrierten IGBT und einem integrierten Thyristor.
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2 zeigt
einen Querschnitt durch ein gegenüber dem Bauelement in 1 abgewandeltes Halbleiterbauelement.
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3 zeigt
einen ausschnittsweisen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement.
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4 zeigt
einen ausschnittsweisen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement
mit einem IGBT und einem Thyristor mit floatender Gate-Elektrode.
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5 zeigt
ein elektrisches Ersatzschaltbild des Halbleiterbauelementes gemäß 1,
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6 zeigt
ein Kennlinienfeld des Halbleiterbauelementes gemäß 1.
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In
den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen
gleich Teile und Halbleiterbereiche mit gleicher Bedeutung.
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1 zeigt
einen ausschnittsweisen Querschnitt durch ein Halbleiterbauelement,
in dem ein IGBT und ein Thyristor integriert sind, wobei der IGBT
beispielhaft als vertikaler n-Kanal-IGBT
ausgebildet ist.
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Das
Bauelement umfasst einen Halbleiterkörper 100 mit einer
Vorderseite 101 und einer Rückseite 102, wobei
im Bereich der Rückseite
eine p-dotierte Anschlusszone 20 vorhanden ist, die durch
eine auf die Rückseite 102 aufgebrachte
Anschlusselektrode 21 kontaktiert ist. Oberhalb dieser
Anschlusszone 20 befindet sich eine n-dotierte Driftzone 40,
wobei in dem Ausführungsbeispiel
zwischen der zweiten Halbleiterzone 40 und der ersten Halbleiterzone 20 eine
stärker
als die zweite Halbleiterzone 40 dotierte Stoppzone oder
Pufferzone 30 vorhanden ist. Im Bereich der Vorderseite 101 des
Halbleiterkörpers 100 sind
in die Driftzone 40 p-dotierte Halbleiterzonen 50 eingebracht,
in denen wiederum stark n-dotierte weitere Anschlusszonen 60 vorhanden
sind, wobei die p-dotierten Halb leiterzonen 50 die Anschlusszonen 60 und
die Driftzone 40 voneinander trennen. Oberhalb der Vorderseite 101 ist
in dem Ausführungsbeispiel
eine Steuerelektrode 70 angeordnet, die mittels einer Isolationsschicht 72 gegenüber dem
Halbleiterkörper 100 isoliert
ist und die benachbart zu den p-dotierten Halbleiterzonen 50 angeordnet
ist, um bei Anlegen eines positiven Ansteuerpotentials einen leitenden
Kanal zwischen den Anschlusszonen 60 und der Driftzone 40 auszubilden.
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Das
Bauelement ist in dem Ausführungsbeispiel
zellenartig aufgebaut, das heißt,
es sind eine Vielzahl gleichartiger Strukturen mit p-dotierten Halbleiterzonen 50 und
darin angeordneten Anschlusszonen 60 vorhanden, wobei diese
Anschlusszonen 60 durch eine gemeinsame Anschlusselektrode 62 kontaktiert
sind, die die Anschlusszonen 60 und die zugehörige p-dotierte Zone 50 jeweils
kurzschließt.
Die Steuerelektrode 70 ist dabei gitterartig aufgebaut
und weist Aussparungen auf, über
welche die Anschlusselektrode 62 die Anschlusszonen 60 und
die Zonen 50 kontaktiert. Die Zonen 50 und die
Anschlusszonen 60 sind in einer senkrecht zu der Ansichtsebene
in 1 verlaufende Schnittebene beispielsweise langgestreckt,
streifenartig, quadratisch, achteckig, rund usw. ausgestaltet.
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Durch
die Anschlusszone 60, die Zone 50, die Driftzone 40 mit
der Pufferzone 30 und die Anschlusszone 20 sowie
die Steuerelektrode 70 ist ein IGBT gebildet, wobei die
Anschlusszone 60 dessen Sourcezone, die Halbleiterzone 50 dessen
Kanalzone oder Body-Zone, die Driftzone 40 dessen Driftzone,
die Steuerelektrode 70 dessen Gate-Elektrode und die Anschlusszone 20 dessen
Drainzone bildet.
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Neben
diesen IGBT ist in dem Bauelement gemäß 1 weiterhin
ein Thyristor integriert. Hierzu ist in die zweite Halbleiterzone 20 eine
n-dotierte Zone 80 eingebracht, die im Bereich der Rückseite 102 des
Halbleiterkörpers 100 angeordnet
ist und die durch die Anschlusselektrode 21 kontaktiert
ist.
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Diese
n-dotierte Zone 80 bildet die Kathodenzone bzw. den n-Emitter des Thyristors
und ist durch die Anschlusszone 20 von der Driftzone 40 mit der
Pufferzone 30 getrennt. Die Anschlusszone 20 besitzt
dabei die Funktion der Drainzone des IGBT und in dem Bereich zwischen
der n-Zone 80 und der Driftzone 40, der mit dem
Bezugszeichen 21 bezeichnet ist, die Funktion der Gatezone
bzw. der p-Basiszone des Thyristors. Die Anodenzone bzw. der p-Emitter
dieses Thyristors wird durch die p-dotierte Halbleiterzone 50 gebildet,
die damit gleichzeitig die Kanalzone des IGBT und die Anodenzonen
des Thyristors bildet. Die Driftzone 40 bildet die n-Basis
des Thyristors.
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Auf
die Rückseite 102 des
Halbleiterkörpers 100 ist
eine Anschlusselektrode 90 aufgebracht, die gleichzeitig
als Drainelektrode des IGBT und als Kathodenelektrode des Thyristors
funktioniert. Die in dem Bereich zwischen dem n-Emitter 80 des
Thyristors und dessen n-Basis gebildete p-Basis 21 ist über Abschnitte
der p-dotierten Halbleiterzone 20 benachbart seitlich benachbart
zu dem n-Emitter 80 ebenfalls an die Elektrode 90 angeschlossen.
Diese Abschnitte der Zone 20, die in 1 mit
dem Bezugszeichen 25 bezeichnet sind, stellen für die p-Basis 21 eine
ohmschen Widerstand dar, dessen Schaltsymbol ebenfalls eingezeichnet
ist, so dass die p-Basis 21 in diesem Fall über einen
ohmschen Widerstand R11 an die gemeinsame Anschlusselektrode 90 angeschlossen
ist.
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Die
Schaltsymbole des IGBT und des Thyristors sind zur Verdeutlichung
der Funktion der einzelnen Halbleiterzonen in 1 eingezeichnet.
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Das
in 1 dargestellte Halbleiterbauelement funktioniert
bei Anlegen einer positiven Spannung zwischen der gleichzeitig als
Drainelektrode des IGBT und als Kathodenelektrode des Thyristors dienenden
Anschlusselektrode 90 und der gleichzeitig als Sourceelektrode
des IGBT und Anodenelektrode des Thyristors dienenden Elektrode 62 wie
ein herkömmlicher
IGBT.
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Der
pn-Übergang
zwischen der zweiten Drain-Zone 20 und der Pufferzone 30 bzw.
der Driftzone 40 ist dabei in Flussrichtung gepolt, wobei
der IGBT sperrt, wenn kein Ansteuerpotential an der Gate-Elektrode
anliegt, und wobei der IGBT bei Anlegen eines Ansteuerpotentials
an der Gate-Elektrode 70 leitet. Die Spannungsfestigkeit
in Drain-Source-Richtung (Vorwärtsrichtung)
ist dabei maßgeblich von
den Abmessungen und der Dotierung der Driftzone 40 abhängig. Der
Thyristor beeinflusst das Verhalten des Bauelements in Vorwärtsrichtung
nicht oder allenfalls unwesentlich.
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In
Rückwärtsrichtung,
das heißt
bei Anlegen einer positiven Spannung zwischen der Source- und Anoden-Elektrode 62 und
der Drain- und Kathodenelektrode 21 bestimmt der Thyristor
die elektrischen Eigenschaften des Halbleiterbauelementes. Der pn-Übergang
zwischen der Body-Zone bzw. Anodenzone 50 und der Driftzone 40 ist
dabei in Flussrichtung gepolt. Der pn-Übergang
zwischen der stark n-dotierten Pufferzone und der p-dotierten Basiszone des
Thyristors ist dabei in Sperrrichtung gepolt. Der Thyristor wird über Kopf
gezündet,
wenn die anliegende Source-Drain-Spannung die Zündspannung des Thyristors übersteigt.
Nach dem Zünden
des Thyristors sinkt der Einschaltwiderstand in Source-Drain-Richtung
ab.
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6 zeigt
beispielhaft den Verlauf für
den Strom durch das Halbleiterbauelement abhängig von der angelegten Spannung,
wobei der Verlauf im ersten Quadranten den Betrieb in Vorwärtsrichtung
und der Verlauf im dritten Quadranten den Betrieb in Rückwärtsrichtung
darstellt. Hieraus wird deutlich, dass sich das Bauelement in Vorwärtsrichtung
wie ein herkömmlicher
IGBT verhält
während
es sich in Rückwärtsrichtung
wie ein Thyristor verhält.
Die Source-Drain-Spannung in Rückwärtsrichtung
zunächst
bis zur Zündspannung
des Thyristors ansteigt und sinkt danach wegen des dann deutlich
verringerten Einschaltwiderstandes bei gezündetem Thyristor ab.
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Die
Zündspannung
des Thyristors ist unter anderem von der Dotierung der stärker dotierten
Pufferzone und den Abmessungen und der Dotierungskonzentration der
Basiszone zwischen der Pufferzone 30 und der Kathodenzone 80 abhängig. Die
Dotierungskonzentrationen dieser Zonen können von einem Fachmann in
bekannter Weise zur Erzielung einer gewünschten Zündspannung gewählt werden.
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Das
elektrische Ersatzschaltbild des Halbleiterbauelementes gemäß 1 ist
in 5 dargestellt. Das Bauelement umfasst einen IGBT
mit einem Drain-Anschluss D, einen Sourceanschluss S und einen Gate-Anschluss
G1 sowie einen parallel zu der Drain-Source-Strecke D-S des IGBT
geschalteten Thyristor mit einem Anodenanschluss A, einem Kathodenanschluss
K und einem Gateanschluss G2, wobei der Anodenanschluss A des Thyristors
an den Sourceanschluss S des IGBT angeschlossen ist und der Kathodenanschluss
K des Thyristors an den Drainanschluss D des IGBT angeschlossen
sind. Außerdem
ist der Gateanschluss G2 des Thyristors über einen Widerstand R11 an
den Drainanschluss des IGBT angeschlossen. Diese Verbindung zwischen dem
Gateanschluss G2 und dem Drainanschluss D kann auch aufgetrennt
sein, wie im folgenden noch erläutert
wird.
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Bei
dem Halbleiterbauelement sind die Freilaufeigenschaften, das heißt die Stromleiteigenschaften
in Source-Drain-Richtung von den Eigenschaften des Thyristors abhängig, die über eine
Anzahl von Parametern in hinlänglich
bekannter Weise variiert werden können. Zu diesen Parametern
gehören
beispielsweise der Abstand der Kathodenzone 80 zu der Driftzone 40 bzw.
der Pufferzone 30 und auch die Dotierstoffkonzentration
in diesem Halbleiterbereich.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass das erläuterte Konzept, in einem Halbleiterkörper neben
einem IGBT einen Thyristor zu integrieren, nicht auf die in 1 dargestellte
Struktur beschränkt
ist. 1 zeigt einen IGBT, der eine sogenannte DMOS-Struktur
gebildet ist. Selbstverständlich
sind beliebige weitere IGBT-Strukturen einsetzbar, beispielsweise Trench-Strukturen,
bei denen die Gate-Elektrode in einem senkrecht in den Halbleiterkörper hinein
verlaufenden Graben angeordnet ist.
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2 zeigt
eine Abwandlung des in 1 dargestellten Halbleiterbauelementes.
Bei dieser ersten Asführungsform
der Erfindung ist die p-dotierte Zone
im Bereich der Rückseite 102 des
Halbleiterkörpers 100 abschnittsweise
ausgebildet, wobei Abschnitte dieser Zone die Drain-Zone 20 des
IGBT und Abschnitte dieser Zone die p-Basiszone 22 des
Thyristors bilden. Die p-Basiszone(n) 22 ist (sind) von den
Drain-Zonen 20 getrennt, die sich von der Basiszone dadurch
unterscheiden dass sie keine Kathodenzone umgeben. Diese Trennung
wird dadurch erreicht, dass die Pufferzone 30 abschnittsweise
bis an die Rückseite 102 des
Halbleiterkörpers 100 reicht, wobei
in die Anschluss-Elektrode 90,
in diesen Bereichen Isolationszonen 92 eingebracht sind,
die ein Kurzschließen
der p-dotierten Zonen 20, 22 und der Stoppzone 30 verhindern.
Die Bereiche 31 der Stoppzone 30, die bis an Rückseite 102 des
Halbleiterkörpers 100 reichen,
umgeben die Gatezone 23 beispielsweise ringförmig, um
die Gatezone 22 gegenüber
der umliegenden Drainzone 20, in der keine Kathoden-Zone 80 angeordnet
ist, zu isolieren.
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Die
Halbleiterzone 22, die zwischen dem n-Emitter 80 und
der Driftzone 40 angeordnet ist, reicht seitlich der n-Emitter-Zone bis an die Elektrode 90,
wodurch die p-Basis entsprechend dem Fall in Figur über einen
Widerstand an die Elektrode angeschlossen ist. Die p-Basis kann
in nicht näher
dargestellter Weise auch floatend angeordnet sein, wenn die Isolationsbereich
in lateraler Richtung so unter die n-Emitterzone 80 reichen,
dass die Elektrode zwar den n-Emitter, jedoch nicht die p-Basis
kontaktiert. Das Ersatzschaltbild einer solchen Anordnung ergibt
sich aus der in 6 dargestellten dadurch dass
die Verbindung zwischen dem Gate G2 des Thy ristors und dem Drain-Anschluss
D des IGBT unterbrochen bzw. nicht vorhanden ist.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 2 ist
ein Zündstrom
des Thyristors gegenüber
dem Zündstrom
des Thyristors in 1 reduziert.
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3 zeigt
ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement,
das eine Abwandlung des in 2 dargestellten
Halbleiterbauelementes darstellt und dem das Ziel zugrunde liegt,
die Zündspannung
des Thyristors zu variieren.
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Zur
Reduzierung der Zündspannung
ist dabei vorgesehen, dass die Stoppzone 30 abschnittsweise
bis an die Kathodenzone 80 reicht. Die Abmessungen dieser
Zonen 32, in denen die Stoppzone 30 bis an die
Kathodenzone 80 reicht, sind dabei vorzugsweise sehr klein
gegenüber
den Abmessungen der Kathodenzone 80.
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Alternativ
zu einer Herabsetzung der Zündspannung
des Thyristors durch Vorsehen der in 3 dargestellten
Bereich 32, in dem die Stoppzone 30 bis an die
Kathodenzone 80 reicht, besteht die Möglichkeit, Bereiche 33 vorzusehen,
in denen die Stoppzone 30 bis an die Anschluss-Elektrode 90 reicht.
Hierdurch wird zwischen der Source- und Anoden-Elektrode 62 und der Drain-
und Kathoden-Elektrode 90 eine pn-Diodenstruktur gebildet, die
parallel zu dem Thyristor geschaltet ist.
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4 zeigt
ein weiteres erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement.
Bei diesem Halbleiterbauelement ist eine Kathodenzone 82 und
eine die Kathodenzone 82 umgebende Basiszone 84 des
Thyristors im Bereich der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 am
Rand 103 des Halbleiterkörpers bzw. Chips ausgebildet.
Bei dieser Ausführungsform
sind die Drainzone 20 des IGBT und die Gatezone 84 des Thyristors
nicht durch eine gemeinsame Halbleiterzone gebildet. Die Kathodenzone 82 des
Thyristor und die Drainzone 20 des IGBT sind jedoch gemeinsam
angeschlossen. Hierzu sind die Drain-Elektrode 90 und eine
die Kathodenzone 82 kontaktierende Anschluss-Elektrode 86 in
nicht näher
dargestellter Weise miteinander kurzgeschlossen. Im Gegensatz zu den
Ausführungsbeispielen
gemäß der 2 und 3 fließt bei dem
Halbleiterbauelement gemäß 4 ein
Freilaufstrom bei Zünden
des Thyristors, dessen Schaltsymbol bei 4 ebenfalls
eingezeichnet ist, in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 100 von
der Source- und Kathoden-Elektrode 62 über die Body-Zone 50,
die Driftzone 40, die Gatezone 84 und die Kathodenzone 82.
Die Kathodenzone 82 und die Gatezone 84 des Thyristors
sind dabei beabstandet zu dem Zellenfeld mit der Vielzahl von Body-Zonen 50 und
Sourcezonen 60 angeordnet, wobei eine Feldplatte 73,
die in bekannter Weise oberhalb des Randes des Zellenfeldes angeordnet
ist, in 4 schematisch dargestellt ist.
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Die
p-Basis ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 floatend
angeordnet.
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Abschließend wird
darauf hingewiesen, dass die Kathodenzonen 80 bzw. 82 mittels
bekannter Dotierverfahren, beispielsweise mittels Implantationsverfahren,
herstellbar sind.
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Die übrigen Halbleiterzonen
werden mittels hinlänglich
bekannter, bei der Herstellung von IGBT eingesetzter Verfahren hergestellt,
auf deren ausführliche
Erläuterung
hier verzichtet wird. Grundsätzlich
kann die Anordnung auf einem n-dotierten
Halbleitersubstrat basieren, in das ausgehend von der Vorderseite
die Kanalzonen 50 und Source-Zonen 60 und ausgehend
von dessen Rückseite
oder auf dessen Rückseite
die Pufferzone 30 und die p-dotierten Zonen 20, 22 eingebracht/aufgebracht
werden. Die Herstellung dieser Zonen 20, 22, 30 kann
beispielsweise mittels Epitaxie erfolgen.
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Die
Herstellung der Pufferzone 30 kann weiterhin durch Ionenimplantation,
durch eine Selendotierung oder durch eine Pro tonenimplantation mit
anschließendem
Temperverfahren erfolgen. Durch eine Protonenimplantation mit anschließendem Temperverfahren
entstehen in bekannter Weise n-dotierend wirkende wasserstoffinduzierte
Donatoren.