DE10245050B4 - IGBT mit integriertem Freilaufelement und Halbleiterschaltungsanordnung - Google Patents

IGBT mit integriertem Freilaufelement und Halbleiterschaltungsanordnung Download PDF

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Abstract

Halbleiterbauelement, das folgende Merkmale aufweist:
– eine erste Anschlusszone (60) eines ersten Leitungstyps,
– eine Driftzone (40) des ersten Leitungstyps,
– eine zwischen der ersten Anschlusszone (60) und der Driftzone (40) angeordnete Kanalzone (50) eines zweiten Leitungstyps,
– eine zweite Anschlusszone (20) des zweiten Leitungstyps, die durch eine Anschlusselektrode (90) kontaktiert ist, wobei die Driftzone (40) zwischen der Kanalzone (50) und der zweiten Anschlusszone angeordnet ist,
– eine isoliert gegenüber der Kanalzone (50) angeordnete Steuerelektrode (70),
– eine Zone (80; 82) des ersten Leitungstyps, die an die Anschlusselektrode (90) angeschlossen, beabstandet zu der Kanalzone (50) angeordnet und durch eine Zone (20; 22; 84) des zweiten Leitungstyps von der Driftzone getrennt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die die Zone (80) des ersten Leitungstyps von der Driftzone (40) trennende Zone (22) des zweiten Leitungstyps wenigstens eine Aussparung aufweist, in der die Driftzone (40) oder eine...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein mittels Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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".
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand von Figuren näher erläutert.
  • 1 zeigt einen ausschnittsweisen Querschnitt durch ein Halbleiterbauelement mit einem integrierten IGBT und einem integrierten Thyristor.
  • 2 zeigt einen Querschnitt durch ein gegenüber dem Bauelement in 1 abgewandeltes Halbleiterbauelement.
  • 3 zeigt einen ausschnittsweisen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement.
  • 4 zeigt einen ausschnittsweisen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement mit einem IGBT und einem Thyristor mit floatender Gate-Elektrode.
  • 5 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild des Halbleiterbauelementes gemäß 1,
  • 6 zeigt ein Kennlinienfeld des Halbleiterbauelementes gemäß 1.
  • In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleich Teile und Halbleiterbereiche mit gleicher Bedeutung.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Schaltsymbole des IGBT und des Thyristors sind zur Verdeutlichung der Funktion der einzelnen Halbleiterzonen in 1 eingezeichnet.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist ein Zündstrom des Thyristors gegenüber dem Zündstrom des Thyristors in 1 reduziert.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die p-Basis ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 floatend angeordnet.
  • Abschließend wird darauf hingewiesen, dass die Kathodenzonen 80 bzw. 82 mittels bekannter Dotierverfahren, beispielsweise mittels Implantationsverfahren, herstellbar sind.
  • 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.
  • 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.

Claims (8)

  1. Halbleiterbauelement, das folgende Merkmale aufweist: – eine erste Anschlusszone (60) eines ersten Leitungstyps, – eine Driftzone (40) des ersten Leitungstyps, – eine zwischen der ersten Anschlusszone (60) und der Driftzone (40) angeordnete Kanalzone (50) eines zweiten Leitungstyps, – eine zweite Anschlusszone (20) des zweiten Leitungstyps, die durch eine Anschlusselektrode (90) kontaktiert ist, wobei die Driftzone (40) zwischen der Kanalzone (50) und der zweiten Anschlusszone angeordnet ist, – eine isoliert gegenüber der Kanalzone (50) angeordnete Steuerelektrode (70), – eine Zone (80; 82) des ersten Leitungstyps, die an die Anschlusselektrode (90) angeschlossen, beabstandet zu der Kanalzone (50) angeordnet und durch eine Zone (20; 22; 84) des zweiten Leitungstyps von der Driftzone getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die die Zone (80) des ersten Leitungstyps von der Driftzone (40) trennende Zone (22) des zweiten Leitungstyps wenigstens eine Aussparung aufweist, in der die Driftzone (40) oder eine stärker als die Driftzone (40) dotierte, zwischen der Driftzone (40) und der zweiten Anschlusszone (20) angeordnete Zone (30) bis an die Zone (80) des ersten Leitungstyps reicht.
  2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem die Zone (80) des ersten Leitungstyps in die zweite Anschlusszone (20) eingebracht ist.
  3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem die erste Anschlusszone (60) im Bereich einer Vorderseite (101) eines Halbleiterkörpers (100) und die zweite Anschlusszone (20) und die Zone (80) des ersten Leitungstyps im Bereich einer Rückseite (102) des Halbleiterkörpers (100) angeordnet sind.
  4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, bei dem die zweite Anschlusszone (20) und die Zone (80) des ersten Leitungstyps gemeinsam durch die Anschlusselektrode kontaktiert sind.
  5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem die erste Anschlusszone (60) im Bereich einer Vorderseite (101) eines Halbleiterkörpers (100) angeordnet ist und die Zone (82) des ersten Leitungstyps in lateraler Richtung beabstandet zu der ersten Anschlusszone (60) angeordnet ist.
  6. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die zweite Anschlusszone (20) wenigstens eine Aussparung aufweist, in der die Driftzone (60) oder die stärker als die Driftzone dotierte Zone (30) bis an die Anschlusselektrode (90) reicht.
  7. Halbleiterbauelement, das folgende Merkmale aufweist: – eine erste Anschlusszone (60) eines ersten Leitungstyps, – eine Driftzone (40) des ersten Leitungstyps, – eine zwischen der ersten Anschlusszone (60) und der Driftzone (40) angeordnete Kanalzone (50) eines zweiten Leitungstyps, – eine zweite Anschlusszone (20) des zweiten Leitungstyps, die durch eine Anschlusselektrode (90) kontaktiert ist, wobei die Driftzone (40) zwischen der Kanalzone (50) und der zweiten Anschlusszone angeordnet ist, – eine isoliert gegenüber der Kanalzone (50) angeordnete Steuerelektrode (70), – eine Zone (82) des ersten Leitungstyps, die an die Anschlusselektrode (90) angeschlossen, beabstandet zu der Kanalzone und durch eine Zone (22; 84) des zweiten Leitungstyps von der Driftzone (40) getrennt ist, wobei die erste Anschlusszone (60) im Bereich einer Vorderseite (101) eines Halbleiterkörpers (100) angeordnet ist und wobei die Zone (82) des ersten Leitungstyps in lateraler Richtung beabstandet zu der ersten Anschlusszone (60) angeordnet ist.
  8. Halbleiterschaltungsanordnung mit einem IGBT und einem Thyristor, die in einem gemeinsamen Halbleiterkörper (100) integriert sind, wobei der IGBT einen Gateanschluss (G1), einen Drainanschluss (D) und einen Sourceanschluss (S) und der Thyristor einen Anodenanschluss (A), einen Kathodenanschluss (K) und einen Gateanschluss (G2) aufweist, wobei der Kathodenanschluss (K) des Thyristors an den Drainanschluss (D) des IGBT angeschlossen sind und wobei der Anodenanschluss (A) des Thyristors an den Sourceanschluss (S) des IGBT angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gate-Anschluss (G2) des Thyristors floatend angeordnet ist.
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