DE10326739B3 - Halbleiterbauelement mit Schottky-Metallkontakt - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement, insbesondere eine Schottky-Diode, bei der in der Driftzone (4) Kompensationsgebiete (8) so gestaltet sind, dass ein zu frühzeitiges Einsetzen der Bipolarinjektion vermieden wird. Zur Einstellung des Einsetzens der Ladungsträgerüberschwemmung im Vorwärtsbetrieb und damit der Überstromfestigkeit ist noch eine Zener-Diode (10, 14) vorgesehen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 6.
  • Schottky-Dioden einerseits und pin-Dioden andererseits unterscheiden sich grundsätzlich voneinander hinsichtlich ihres Durchlassverhaltens und ihres Schaltverhaltens. So zeichnen sich Schottky-Dioden durch einen unipolaren Stromtransport bei einer niedrigen Schwellspannung in der Größenordnung von etwa 0,4 V aus und ermöglichen ein sehr schnelles Schalten. Bei großen Stromdichten und insbesondere auch hohen Temperaturen nimmt ihr Widerstandswert jedoch stark zu. Demgegenüber nutzen pin-Dioden infolge ihrer Bipolarität die Injektion von Minoritätsladungsträgern und auch Majoritätsladungsträgern in ihre Basiszone ab einer bestimmten Schwellspannung von etwa 0,7 V zur Verminderung des Basiswiderstandes im Vorwärtsbetrieb aus. Es tritt hier durch die Injektion der Minoritätsladungsträger und der Majoritätsladungsträger eine Plasmaüberschwemmung im Durchlassfall der pin-Diode auf. Diese den Basiswiderstand herabsetzende Plasmaüberschwemmung wirkt sich beim Abschalten der pin-Diode aber negativ auf die entstehenden Schaltverluste aus, da die insgesamt eingebrachten Ladungsträger vollständig ausgeräumt werden müssen und dieses Ausräumen bei bereits anliegender negativer Spannung geschehen muss.
  • Schottky-Dioden sind also hinsichtlich ihres Schaltverhaltens vorteilhaft, weisen aber bei großen Stromdichten Nachteile auf. Begrenzt wird der Einsatz von Schottky-Dioden im Bereich höherer Sperrspannungen zudem durch den großen Anteil des Sperrstromes an den Gesamtverlusten. Bei Schottky-Dioden wird nämlich der Sperrstrom grundsätzlich durch die Höhe des am Metall-Halbleiter-Übergang anstehenden elektrischen Feldes bestimmt. Weiterhin gilt für Unipolar-Bauelemente ein mehr als quadratischer Zusammenhang zwischen deren Durchlasswiderstand und deren Sperrfähigkeit. Auch dieser Zusammenhang setzt dem Design von Schottky-Dioden relativ enge Grenzen.
  • Mit zunehmender Sperrspannung wächst die zur Aufnahme der Raumladungszone benötigte Weite der Basiszone, wobei deren Dotierung zusätzlich abgesenkt werden muss, damit die vor einem Durchbruch zulässige maximale elektrische Feldstärke an der Oberfläche nicht überschritten wird. Der durch eine erhöhte Sperrfähigkeit bedingte Anstieg des Widerstandes bzw. der Ohmigkeit kann wiederum nur durch eine größere Chipfläche der Schottky-Diode kompensiert werden, was im Sperrfall zu größeren Sperrströmen führt.
  • Aus den oben angeführten Gründen sind derzeit Schottky-Dioden aus Silizium nur bis zu einer maximalen Sperrspannung von etwa 200 V erhältlich. Schottky-Dioden aus Verbindungshalbleitern, insbesondere Galliumarsenid(GaAs), sind für Sperrspannungen bis etwa 250 V vorhanden. Beide Arten von Schottky-Dioden führen aber bei maximaler Belastung sehr hohe Sperrströme.
  • Bei derzeit auf dem Markt erhältlichen Schottky-Dioden werden daher zunehmend verschiedenartige Abschirmstrukturen zur Reduktion der maximalen Oberflächenfeldstärke und damit des Sperrstromes an der Metall-Halbleiter-Grenzfläche ausgenutzt. Solche Abschirmstrukturen können beispielsweise durch kleine p-leitende Inseln in einem n-leitenden Halbleitergebiet oder durch kontaktierte Trench-Anordnungen ausgeführt sein.
  • Es gibt auch bereits Schottky-Dioden, die als Halbleitermaterial anstelle von Silizium oder Galliumarsenid Siliziumcarbid (SiC) verwenden. Solche Schottky-Dioden auf der Basis von SiC sind bei hoher Sperrfähigkeit verlustarm und zeichnen sich durch eine gute Leitfähigkeit aus. Aufgrund der gegen über Silizium als Halbleitermaterial etwa 10-fach vergrößerten maximal zulässigen Feldstärke können SiC-Schottky-Dioden realisiert werden, deren Basisweiten eben um diesen Faktor 10 dünner sind. Mit anderen Worten, SiC erlaubt damit eine erhebliche Reduktion der Weite der Driftzone bei gleichzeitig hoher Leitfähigkeit dieser Driftzone. Jedoch sind auch Schottky-Dioden auf der Basis von SiC wie alle unipolaren Bauelemente in ihrer Überstromtragfähigkeit begrenzt.
  • Unerlässlich für die Erhöhung der Überstromtragfähigkeit von Schottky-Dioden ist daher eine Reduktion des Basiswiderstandes bei hohen Stromdichten. Eine solche Reduktion des Basiswiderstandes kann in zweckmäßiger Weise durch Einbringen von Minoritätsladungsträgern über zusätzlich kontaktierte Gebiete, beispielsweise p-dotierte Gebiete in einer n-dotierten Driftzone, geschehen.
  • Auch der bereits oben beschriebene und mit zunehmender Sperrspannung ansteigende Flächenbedarf von Schottky-Dioden lässt sich durch den Einsatz von so genannten Kompensationsgebieten absenken. Das wechselseitige Einbringen von entgegengesetzt dotierten Gebieten ermöglicht über die Ausnutzung der lateralen Kompensation weit höher dotierte Basiszonen und damit niedrigere Durchlasswiderstände.
  • In der US 4,641,174 sind Pinch-Strukturen beschrieben, bei denen Schottky-Kontakte auf einer n–-leitenden epitaktischen Schicht gebildet sind und die Anoden-Metallisierung der Schottky-Kontakte an höher dotierte, n+-leitende Oberflächengebiete auf der epitaktischen Schicht angrenzt.
  • Weiterhin ist aus US 4,982,260 ein Trench-Leistungsgleichrichter mit einer "Merged Diode", Schottky-Kontakten und erhabenen, p-leitenden Inseln auf einer n–leitenden Halbleiterschicht bekannt. Auch die US 5,101,244 beschreibt eine "Merged Diode" mit einerseits pn-Übergang oder mit anderer seits einer Kombination aus pn-Übergang und Schottky-Kontakt. Aus der US 5,241,195 ist ebenfalls eine "Merged Diode" mit hier pin-Struktur, Schottky-Kontakten und p-leitenden Gebieten an Seitenwand und Boden eines Trenches bekannt.
  • Aus der US 5,262,668 ist eine Schottky-Anordnung bekannt, bei der Bereiche unterschiedlicher Barrierenhöhe vorgesehen sind.
  • In der DE 102 59 373 A1 ist eine Schottkydiode beschrieben, bei der in eine Schottky-Kontaktfläche p-dotierte Gebiete eingelagert sind. Wenigstens eines dieser Gebiete weist eine größere Mindesterstreckung auf, um einen Zündstrom auszulösen.
  • Aus der DE 197 40 195 A1 ein Halbleiterbauelement mit Metall-Halbleiterübergang mit niedrigem Sperrstrom bekannt. Dieses Halbleiterbauelement ist in 1 dargestellt.
  • Im Einzelnen zeigt 1 eine Schottky-Diode 1 mit einem Schottky-Metallkontakt 2 aus Molybdänsilizid (MoSi), Platinsilizid (PtSi) oder Tantalsilizid (TaSi) auf einem aus Silizium bestehenden Halbleiterkörper 3 aus einer Driftzone 4 und einem Halbleitersubstrat 5. Das Halbleitersubstrat 5 und die Driftzone 4 sind vorzugsweise n-leitend, wobei das Halbleitersubstrat 5 höher dotiert ist als die Driftzone 4. In die Driftzone 4 sind nun p-leitende Kompensationsgebiete 8 eingelagert, die die gesamte Driftzone 4 durchsetzen und bis zum Substrat 5 reichen. Die zwischen den Kompensationsgebieten 8 verbleibende Driftzone 4 bildet n-dotierte Zwischenzonen 9. Die p-Dotierung der Gebiete 8 ist so gewählt, dass sie die n-Dotierung der Driftzone 3 ausgleicht. Das heißt, die Anzahl der Fremdatome in den Kompensationsgebieten 8 ist im Wesentlichen gleich der Anzahl der Fremdatome in den die Kompensationsgebiete umgebenden Zwischenzonen 9. Strichlinien 11 deuten in 1 die Ausdehnung der Raumladungszone in den Kompensationsgebieten 8 und den Zwischenzonen 9 bei einer kleinen Sperrspannung an der Schottky-Diode 1 zwischen dem Schottky-Metallkontakt und einer nicht gezeigten zweiten Elektrode an.
  • Bei der in 1 dargestellten bestehenden Schottky-Diode tritt im Vorwärtsbetrieb eine frühzeitige Injektion von Minoritätsladungsträgern bereits bei niedrigen Stromdichten und einem Spannungsabfall von etwa 1 V über der Schottky-Diode auf. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Kompensationsgebiete ab einem vertikalen Spannungsabfall über dem Bauelement von etwa 0,7 V, der zu der oberseitigen Schottky-Schwellspannung von etwa 0,3 V addiert ist, zu injizieren beginnen.
  • Die Erfinder haben nun erkannt, dass eine bipolare Injektion bei Schottky-Dioden zwar zu einer Erhöhung der Überstromfestigkeit notwendig ist, jedoch nicht zu frühzeitig einsetzen darf, um die Vorteile der Schottky-Diode bezüglich ihres verlustarmen Schaltverhaltens auf einen nicht zu engen Stromdichtebereich zu begrenzen.
  • Aus der DE 198 40 032 C1 ist noch ein Halbleiterbauelement bekannt, bei dem in einem Halbleiterkörper alternierend angeordnete Halbleitergebiete abwechselnd unterschiedlichen Leitungstyps vorgesehen sind, die sich im Halbleiterkörper von wenigstens einer ersten Zone bis in die Nähe einer zweiten Zone erstrecken und eine variable Dotierung haben. Diese Dotierung ist dabei so gewählt, dass das elektrische Feld einen von beiden Zonen aus ansteigenden Verlauf hat. Bei diesem Halbleiterbauelement erstrecken sich die alternierend angeordneten Gebiete mit gleicher Ausdehnung in den Halbleiterkörper. Die alternierend angeordneten Halbleitergebiete erreichen jedoch nicht das Halbleitersubstrat, wodurch hohe Feldstärken am Substratübergang vermieden werden.
  • Schließlich ist noch aus der US 6,313,482 ein Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art bekannt. Dieses Halbleiterbauelement hat einen Metall-Halbleiterübergang zwischen einem Schottky-Metallkontakt und einen einen ersten Leitungstyp aufweisenden Halbleiterkörper, der aus einem hochdotiertenn Halbleitersubstrat und einer schwächer als das Halbleitersubstrat dotierten Driftzone mit eingelagerten Kompensationsgebieten des anderen, zum einen Leitungstyp entgegengesetzten Leitungstyps besteht. Die Kompensationsgebiete sind hier vollständig in die Driftzone eingelagert.
    •
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hochsperrendes Halbleiterbauelement mit einem Metall-Halbleiterübergang anzugeben, bei dem zwar eine bipolare Injektion zur Erhöhung der Überstromfestigkeit stattfindet, diese jedoch nicht zu frühzeitig einsetzt, um so die Vorteile der Schottky-Diode bezüglich ihres verlustarmen Schaltverhaltens für einen erweiterten Stromdichtebereich zu bewahren.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 bzw. 6 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Der Einsatzpunkt einer bipolaren Injektion kann in vorteilhafter Weise durch unterschiedliche Kontaktmetalle des Schottky-Metallkontaktes zu der Driftzone bzw. zu den Kompensationsgebieten variiert werden. Mit anderen Worten, für die Kompensationsgebiete, die vorzugsweise p-dotiert sind, und die Driftzone, die dann n-dotiert ist, werden unterschiedliche Metalle, wie beispielsweise PtSi und TaSi, verwendet.
  • Die Kompensationsgebiete haben beispielsweise die Gestalt von Säulen und sind so in die Driftzone eingelagert, dass die die Kompensationsgebiete umgebenden Bereiche der Driftzone, oben auch Zwischenzonen genannt, ebenfalls säulenartig sind. Es liegen dann n-dotierte Säulen (Driftzone) und p-dotierte Säulen (Kompensationsgebiete) vor.
  • Unter dem Gesichtspunkt einer möglichst breiten Anwendung des Halbleiterbauelementes sollte der Einsatz der bipolaren Injektion nicht unterhalb der doppelten Nennstromdichte beginnen, so dass das durch die Unipolarität bedingte günstige Schaltverhalten der Schottky-Diode über einen möglichst weiten Bereich genutzt werden kann. Sind daher Spannungsabfälle von etwa 3 V oder mehr notwendig, so ist dies mit einer Variation der Arbeitsfunktion durch unterschiedliche Kontaktmetalle allein nicht mehr realisierbar.
  • Es ist daher vorteilhaft, den Einsatz einer bipolaren Injektion durch einen zusätzlichen, an der Oberseite der Kompensationsgebiete integrierten Zener-Übergang zu größeren Stromdichten hin zu verschieben. Mit anderen Worten, bei einer beispielsweise n-leitenden Driftzone werden in säulenförmige, p-dotierte Kompensationsgebiete, so genannte "p-Säulen", an deren Oberseite n+-dotierte Zonen integriert, um einen Zener-Übergang zu schaffen. Dieser Zener-Übergang wirkt im Vorwärtsfall wie eine zusätzliche Barriere, so dass auch Einsatzspannungen von 2 V und mehr eingestellt werden können. Im Sperrfall können jedoch die Kompensationsgebiete immer noch ohne weiteres entladen werden, da die Zener-Diode in diesem Fall in Flußrichtung gepolt ist.
  • Neben einem wirksamen Überstromschutz durch bipolare Überschwemmung muss ein durch Ladungsträger überschwemmtes Bauelement, also insbesondere auch eine Schottky-Diode, abschaltfähig sein. Werden überschwemmte Kompensationsstrukturen abgeschaltet, so kann sich die Sperrspannung erst dann aufbauen, wenn sich eine Raumladungszone in der Driftzone und damit vorzugsweise um die Säulenstrukturen, die durch die Kompensationsgebiete und die Zwischenzonen gebildet sind, ausgebildet hat. Durch die vertikal angeordneten Säulenstrukturen wird das Ladungsträgerplasma relativ homogen zu allen Seiten ausgeräumt, so dass die Säulenstrukturen erst relativ spät "sichtbar" werden, was dann geschieht, wenn der Sperrerholstrom bereits relativ hohe Werte erreicht hat. Hat sich die Raumladungszone um die Säulenstrukturen ausgebildet und das Bauelement Spannung aufgenommen, so sind die Zwischenräume zumeist recht rasch von freien Ladungsträgern befreit, und es kommt im weiteren Verlauf des Sperrerholstromes zu einem mehr oder minder starken Abrissverhalten, welches das Bauelement nicht gefährdet, aber Störimpulse auf dessen Zuleitungen wesentlich erhöht. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, die aufgestaute Ladungsträgermenge durch einen zusätzlichen Rekombinationsanteil über eine Absenkung der Ladungsträger-Lebensdauer frühzeitig rekombinieren zu lassen. Um dies zu erreichen, ist es zweckmäßig, die Ladungsträger-Lebensdauer zu reduzieren, was durch Bestrahlung mit Elektronen oder durch Einbringen von Schwermetallionen in den an das Halbleitersubstrat angrenzenden Bereich der Driftzone geschehen kann. Die Höhe der Rückstromspitze wird durch dieses Einbringen von Elektronen oder Schwermetallionen wesentlich vermindert.
  • Die beim erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement verwendeten Säulenstrukturen können über Mehrfach-Epitaxieschritte hergestellt werden, um einerseits die einzelnen Säulenimplantationen miteinander zu verbinden, andererseits aber eine zu starke laterale Ausdiffusion und damit Verminderung der Strom tragenden Driftzone zu verhindern. Es ist aber auch möglich, die laterale Ausdiffusion der eingebrachten Säulendotierung durch vertikale, die Säulen umschließende Trench-Strukturen zu verhindern. Dies ermöglicht es, die Kompensationssäulen in einem Schritt zu implantieren und anschließend auf die gewünschte Tiefe zu diffundieren, was eine einfache Herstellung ermöglicht.
  • Die Schottky-Grenzfläche zwischen dem Schottky-Metallkontakt und dem Halbleiterkörper, ein möglicher Randabschluss und eine mögliche Randpassivierung des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes werden in üblicher Weise gebildet.
  • Wesentlich an dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement ist die Optimierung der Kompensationsgebiete im Hinblick auf die Vermeidung eines zu frühzeitigen Einsetzens der Bipolarinjektion, um so einen niedrigen Driftzonenwiderstand bei gleichzeitig hoher Sperrspannung zu erreichen. Außerdem sind gegebenenfalls verschiedenartige Zusatzstrukturen, wie insbesondere eine oberflächennahe Zener-Diode vorgesehen, wodurch das Einsetzen der Ladungsträgerüberschwemmung im Vorwärtsbetrieb und damit die Überstromfestigkeit gezielt einstellbar gestaltet werden können.
  • Ein Nachteil einer eingebauten Zener-Diode besteht darin, dass ein parasitärer npn-Bipolartransistor aus einer beispielsweise n-leitenden Driftzone, einem p-dotierten Kompensationsgebiet und einem n+-dotierten Gebiet der Zener-Diode gebildet wird. Ein solcher parasitärer Bipolartransistor senkt das Sperrvermögen des Halbleiterbauelementes und vermindert auch deutlich dessen Avalanchevermögen.
  • Um dies zu vermeiden, wird auf den Zener-Übergang verzichtet und statt dessen in vorteilhafter Weise in die Zuleitung zu den Kompensationsgebieten die benötigte Spannungsschwelle von wenigen Volt durch ein zusätzliches Bauelement, auch "Schwellenbauelement" genannt, eingebaut. Dadurch wird sichergestellt, dass keine Elektronen in die vorzugsweise p-dotierten Kompensationsgebiete injiziert werden können.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Schnittdarstellung einer bestehenden Schottky-Diode,
  • 2 eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes,
  • 3 einen schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes mit unterschiedlichen Anschlussmetallen,
  • 4 eine schematische Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes mit einem integrierten Zener-Übergang,
  • 5 eine schematische Schnittdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes mit zusätzlicher Ladungsträger-Lebensdauer-Absenkung zur Begrenzung der Rückstromspitze und
  • 6 eine schematische Darstellung – teilweise in einem Schnitt – eines fünften Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes mit einem Schwellenbauelement.
  • In den Figuren werden einander entsprechende Bauteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Es sei betont, dass anstelle der angegebenen Leitungstypen jeweils auch die entgegengesetzten Leitungstypen verwendet werden können. Das heißt, der n-Leitungstyp kann durch den p-Leitungstyp ersetzt werden, wenn anstelle des p-Leitungstyps der n-Leitungstyp verwendet wird.
  • Als Halbleitermaterial für den Halbleiterkörper kann Silizium, Germanium, Verbindungshalbleiter, wie beispielsweise AIIBVI, AIIBV, AIVBIV, insbesondere ein Mischsystem aus Germanium und Silizium oder Siliziumcarbid verwendet werden.
    •
  • 1 zeigt in einer Schnittdarstellung ein bestehendes Halbleiterbauelement in der Form einer Schottky-Diode. Auf einem n+-leitenden Siliziumsubstrat 5 befindet sich eine n-leitende und vorzugsweise epitaktisch auf das Substrat 5 aufgebrachte Siliziumschicht, die eine Driftzone 4 bildet. In diese n-leitende Driftzone 4 sind p-leitende Kompensationsgebiete 8 eingebracht, deren Dotierung im Wesentlichen der Dotierung der umgebenden Driftzone 4 entspricht, so dass insgesamt Ladungskompensation herrscht. Auf dem so durch das Substrat 5 und die Zone 4 gebildeten Halbleiterkörper 3 ist ein Schottky-Metallkontakt 2 in einem durch eine Isolierschicht 7 aus Siliziumdioxid gebildeten Fenster eingebracht, der die Driftzone 4 und die Kompensationsgebiete 8 kontaktiert. Das n+-leitende Siliziumsubstrat 5 ist auf seiner Unterseite mit einer nicht dargestellten Gegenelektrode zu dem Schottky-Metallkontakt 2 versehen.
  • Geeignete Materialien für den Schottky-Metallkontakt 2 sind beispielsweise PtSi oder TaSi.
  • Wie ein Vergleich der 2 mit der 1 zeigt, unterscheidet sich das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement 1 von dem bestehenden Bauelement durch die Gestaltung der Kompensationsgebiete 8: diese reichen bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement nur bis deutlich über die Mitte der Driftzone 4 hinaus, erreichen aber keinesfalls das hochdotierte Substrat 5.
  • Damit ist sichergestellt, dass hohe Feldstärken am Übergang zum Substrat 5 vermieden werden. Auch setzt beim Vorwärtsbetrieb eine bipolare Injektion nicht zu frühzeitig ein, so dass die Vorteile der Schottky-Diode zwischen dem Schottky-Metallkontakt 2 und der Driftzone 4 bezüglich eines verlustarmen Schaltverhaltens bewahrt werden.
  • In 3 ist in einer Schnittdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes ebenfalls in der Form einer Schottky-Diode gezeigt. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel werden zwei unterschiedliche Kontaktmetalle, also beispielsweise Platinsilizid und Tantalsilizid einerseits für die Driftzone 4 und andererseits für die Kompensationsgebiete 8 vorgesehen, so dass Schottky-Metallkontakte 2a mit beispielsweise Platinsilizid für die Kompensationsgebiete 8 und ein Schottky-Metallkontakt 2b mit Tantalsilizid für die Driftzone 4 vorliegen. Selbstverständlich können auch mehr als zwei verschiedene Kontaktmetalle gewählt werden, so dass der Einsatzpunkt der bipolaren Injektion in nahezu beliebiger Weise variierbar ist.
  • Wie bereits eingangs erwähnt wurde, sollte der Einsatz der bipolaren Injektion nicht unterhalb der doppelten Nennstromdichte des Halbleiterbauelementes beginnen, um das auf der Unipolarität beruhende vorteilhafte Schaltverhalten über einem möglichst breiten Bereich nutzen zu können. Daher ist es vorteilhaft, den Einsatzpunkt der bipolaren Injektion durch einen zusätzlichen, an der Oberseite der Kompensationsgebiete integrierten Zener-Übergang zu größeren Stromdichten hin zu verschieben.
  • 4 zeigt hierfür eine Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes in der Form einer Schottky-Diode, bei der in die Kompensationsgebiete 8 ein Zener-Übergang mit einem hochdotierten n+-leitenden Bereich 10 integriert ist. Der durch den Bereich 10 und einen hochdotierten p+-leitenden Bereich 8a des Gebiet 8 geschaffene Zener-Übergang wirkt im Vorwärtsfall wie eine zusätzliche Barriere, so dass auch Einsatzspannungen des Halbleiterbauelementes auf 2 V und mehr eingestellt werden können. Im Sperrfall ist es jedoch noch möglich, die Kompensationsgebiete 8 ohne weiteres zu entladen.
  • Bereits eingangs wurde darauf verwiesen, dass das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement nicht nur einen wirksamen Überstromschutz durch bipolare Überschwemmung aufweisen sollte, sondern auch bei Überschwemmung abschaltfähig bleiben muss. Um dies zu erreichen und eine aufgestaute Ladungsträgermenge rasch abzuführen, ist es vorteilhaft, zur Ladungsträger-Lebensdauer-Absenkung Rekombinationszentren einzubauen und hierzu den Halbleiterkörper beispielsweise mit Elektronen zu bestrahlen oder in diesen Schwermetallionen einzubringen. Die Höhe von Rückstromspitzen kann dadurch wesentlich vermindert werden.
  • In 5 ist hierzu ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, das sich vom Ausführungsbeispiel der 4 dadurch unterscheidet, dass speziell in einem Bereich 11 der Driftzone Rekombinationszentren vorhanden sind. Diese Rekombinationszentren können sich aber auch zusätzlich in weiteren Bereichen der Driftzone befinden.
  • Bei den Ausführungsbeispielen mit Zener-Dioden, also den Ausführungsbeispielen der 4 und 5, arbeitet das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement im Normalbetrieb bei Durchlassspannungen von unterhalb etwa 1 bis 2 V als eine reine Schottky-Diode. Bei höheren Durchlassspannungen, die beispielsweise größer als 4 V sind, bricht die eingebaute Zener-Diode durch, und es fließt ein Strom in die Kompensationsgebiete 8. Damit gelangen Löcher in den gesamten Strom tragenden Bereich des Halbleiterbauelementes und verhindern so ein weiteres Ansteigen der Durchlassspannung.
  • Bei den Ausführungsbeispielen mit Zener-Diode entsteht ein parasitärer npn-Transistor, der aus der n-leitenden Driftzone 4, dem p-leitenden Kompensationsgebiet 8 und dem n+-Bereich 10 der Zener-Diode besteht. Dieser parasitäre Bipolartransistor senkt das Sperrvermögen des Halbleiterbauelementes und vermindert insbesondere auch dessen Avalancheverhalten.
  • Daher ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in 6 schematisch gezeigt ist, vorgesehen, die in der Zuleitung zu den Kompensationsgebieten 8 benötigte Spannungsquelle von wenigen Volt durch ein zusätzliches Bauelement, ein so genanntes "Schwellenbauelement" 14 zu realisieren, bei dem es sich beispielsweise um eine Zener-Diode oder einen MOS-Transistor mit einem Kurzschluss zwischen Drain und Gate handeln kann. Durch dieses Schwellenbauelement 14 wird sichergestellt, dass keine Elektronen in die p-leitenden Kompensationsgebiete 8 injiziert werden können.
  • Das Schwellenbauelement 14 sollte in Flussrichtung die Durchlasscharakteristik einer Diode aufweisen und ein Sperrvermögen von wenigen Volt haben. Diese Forderung wird von den bereits genannten Bauelementen voll erfüllt. Da das Schwellenbauelement nur einer maximalen Spannung von wenigen Volt ausgesetzt ist, kann es deutlich bessere Durchlasseigenschaften als die mit den Kompensationsgebieten versehene Schottky-Diode und damit eine deutlich kleinere Fläche haben.
  • Das Schwellenbauelement 14 kann monolithisch mit dem Halbleiterbauelement 1 integriert sein, was beispielsweise in der Form einer Polysilizium-Diode geschehen kann. Es kann aber auch als zusätzliches Bauelement in der Form "Chip-auf-Chip" auf dem Halbleiterbauelement 1 oder zusammen mit diesem in einem Gehäuse vorgesehen sein.
  • 6 zeigt noch zusätzlich eine Kathodenmetallisierung 12 mit einem Kathodenanschluss 13 sowie einen Anodenanschluss 15, der mit den auf der Driftzone 4 angebrachten Metallkon takten 2 direkt und mit den Metallkontakten 2 der Kompensationsgebiete 8 über das Schwellenbauelement 14 verbunden ist.

Claims (9)

  1. Halbleiterbauelement mit einem Metall-Halbleiter-Übergang zwischen einem Schottky-Metallkontakt (2, 2a, 2b) und einem einen ersten Leitungstyp aufweisenden Halbleiterkörper (3), der aus einem hochdotierten Halbleitersubstrat (5) und einer schwächer als das Halbleitersubstrat (5) dotierten Driftzone (4) mit vollständig in die Driftzone (4) eingelagerten Kompensationsgebieten (8) des anderen, zum einen Leitungstyp entgegengesetzten Leitungstyps besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Schottky-Metallkontakt (2) an die Driftzone (4) und die Kompensationsgebiete (8) angrenzt.
  2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei verschiedene Metalle (2a, 2b) für die Kontaktierung der Driftzone (4) und der Kompensationsgebiete (8) durch den Metallkontakt (2) vorgesehen sind.
  3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die verschiedenen Metalle Platinsilizid und Tantalsilizid und Molybdänsilizid vorgesehen sind.
  4. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwellenbauelement (14) in der Form einer Zener-Diode oder eines MOS-Transistors mit einem Kurzschluss zwischen Drain und Gate mit einem Kontakt der Kompensationsgebiete verbunden ist.
  5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwellenbauelement (14) in den Halbleiterkörper (3) integriert ist.
  6. Halbleiterbauelement mit einem Metall-Halbleiter-Übergang zwischen einem Schottky-Metallkontakt (2, 2a, 2b) und einem einen ersten Leitungstyp aufweisenden Halbleiterkörper (3), der aus einem hochdotierten Halbleitersubstrat (5) und einer schwächer als das Halbleitersubstrat (5) dotierten Driftzone (4) mit vollständig in die Driftzone (4) eingelagerten Kompensationsgebieten (8) des anderen, zum einen Leitungstyp entgegengesetzten Leitungstyps besteht, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schottky-Metallkontakt (2) und den Kompensationsgebieten (8) ein Zener-Übergang (10) vorgesehen ist.
  7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zener-Übergang durch einen hochdotierten Bereich (10) des einen Leitungstyps in der Oberflächenzone der Kompensationsgebiete (8) gebildet ist.
  8. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Driftzone (4) ein Bereich (11) mit Zentren zur Absenkung der Ladungsträger-Lebensdauer vorgesehen ist.
  9. Halbleiterbauelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentren durch Elektronenbestrahlung oder eingebrachte Schwermetallionen erzeugt sind.
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