DE19720439A1

DE19720439A1 - Bipolares Halbleiterbauelement mit eingebautem Temperatursensor und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE19720439A1
Application number: DE1997120439
Authority: DE
Inventors: Yasuyuki Hoshi; Tatsuhiko Fujihara; Seiji Momota; Motoi Kudoh
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1996-05-22
Filing date: 1997-05-15
Publication date: 1997-11-27
Also published as: JPH1041510A; JP3538505B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein bipolares Halbleiterbauelement mit eingebautem Temperatursensor, wie es für Wechselrichter und dergleichen Geräte verwendet wird.

Sogenannte bipolare Halbleiterbauelemente mit Minoritätsladungsträgerinjektion (IGBTs, Bipolartransistoren etc.) werden bei Wechselrichtern und dergleichen Geräten eingesetzt. Seit einiger Zeit ersetzen IGBTs die Bipolartransistoren und erfreuen sich einer zunehmenden Verwendung. Obwohl die IGBTs mit dem Schwerpunkt der Verringerung des Gesamtverlusts und der Ausweitung des sicheren Betriebsbereichs entwickelt wurden, konzentrieren sich zusätzliche Anforderungen auf weitere Funktionen und leichteren Betrieb. Da der IGBT selbst nahezu bis an seine Grenzen entwickelt wurde, hat man diesen Leistungsbauelementen intelligente Funktionen zur Erfüllung verschiedener Anforderungen hinzugefügt. So ist beispielsweise das sogenannte intelligente Leistungsmodul (IPM) eines der ersten Bauelemente, das man dadurch mit zusätzli chen Funktionen versehen hat, das der Leistungsteil und seine peripheren Schaltungen integriert wurden, wobei die Nachteile der einzelnen Bestandteile kompensiert werden.

Das IPM hat den Einsatz des IGBT in Bereichen, in denen Thyristoren und Bipolartransistoren verwendet wurden, beschleunigt. Es gibt Betriebszustände, wie etwa einen Lastkurzschluß, bei denen eine Überspannung und/oder ein Überstrom auftritt, wenn der IGBT in Wechselrichtern oder dergleichen Geräten verwendet wird. In einigen Fällen wird die IPM-Technik als Schutz des Leistungsteils selbst vor solchen gefährlichen Betriebszuständen und außerdem als Schutz durch Feststellung einer Überhitzung mittels gegenüber dem Leistungsteil externer Schaltungen eingesetzt.

Fig. 14 ist ein Zeitdiagramm, das die Betriebsweisen eines einen IGBT enthaltenden IPM beschreibt, wenn eine Überhitzung auftritt. Auf der Abszisse in Fig. 14 ist die Zeit aufgetragen. Die Überhitzung wird beispielsweise mittels der Temperaturkennlinie eines in dem IPM an dem Gehäuse des unteren Arms einer Wechselrichterbrücke angebrachten Thermistors etc. festge stellt. Wie in Fig. 14 dargestellt, stellt sich ein Ausgangsstrom Ic als Folge eines zum Zeitpunkt t₁ zugeführten Gatesignals Vg ein. Die Schaltungsverluste und die stationären Verluste des IGBT führen in der Folge zu einer Wärmeentwicklung, und die Gehäusetemperatur Tc steigt allmählich an. Wenn diese Gehäusetemperatur zum Zeitpunkt t₂ einen Referenzwert R₁ erreicht, spricht eine Schutzschaltung an, wie durch das Signal S in Fig. 14 dargestellt. Daraufhin wird das Gatesignal Vg gestoppt und der Ausgangsstrom Ic unterbrochen. Wenn dann die Gehäusetemperatur Tc zum Zeitpunkt t₃ auf einen zweiten Referenzwert R₂ abgesunken ist, geht das Signal S der Schutzschaltung wieder zurück, und das Gatesignal Vg wird ab dem Zeitpunkt t₄ erneut zugeführt, so daß wieder ein Ausgangsstrom Ic fließt. Das Signal Va in Fig. 14 ist beispielsweise ein mit dem Signal S der Schutzschaltung synchrones Alarmsignal.

Für die Feststellung der Überhitzung kann auch eine Diode verwendet werden. Fig. 15 zeigt die Temperaturabhängigkeit der Durchlaßspannung einer Diode bei einem bestimmten Strom. In Fig. 15 ist auf der Abszisse die Temperatur und auf der Ordinate die Durchlaßspannung V_F aufgetra gen. Mit zunehmender Temperatur nimmt die Durchlaßspannung V_F ab. Daher läßt sich die Temperatur über den Wert der Durchlaßspannung V_F messen.

Die Temperaturmessung erfolgt üblicherweise in einem Abstand von dem auf einem Substrat montierten Leistungsbauelement. Da dabei jedoch nicht die Sperrschichttemperatur des Halblei terbauelements gemessen wird, ist der Schutz gegenüber anomalen Zuständen, bei denen die Temperatur des Halbleiterbauelements rasch ansteigt, unzureichend. Dies wirft gravierende Problemen hinsichtlich der Zuverlässigkeit auf. Es ist daher wünschenswert, daß der Tempera turmeßteil so nahe wie möglich bei dem Halbleiterbauelement positioniert wird, dessen Tempera tur zu messen ist. Am besten ist es, der Temperaturmeßteil ist in dem Halbleiterbauelement selbst ausgebildet.

Fig. 16 zeigt eine Querschnittsansicht eines Teiles eines mit einem Temperaturmeßteil versehe nen IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor bzw. bipolarer Transistor mit isoliertem Gate) als ein Beispiel eines bipolaren Halbleiterbauelements.

In der Darstellung von Fig. 16 ist ein aktiver Teil 20, der den Hauptstrom des IGBT steuert, auf der rechten Seite der Figur dargestellt. Tatsächlich zeigt Fig. 16 nur eine Zelle (Einheitszelle) dieses aktiven Teils mit einer Steuerelektrode. Tatsächlich setzt sich der aktive Teil (der Hauptteil des IGBT) aus vielen Zellen zusammen. Obwohl in der Figur nicht dargestellt, ist eine Struktur zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit (voltage withstand structurel, wie etwa eine Schutz ringstruktur oder eine Feldplattenstruktur, im Randabschnitt des IGBT vorgesehen.

Gemäß Darstellung in Fig. 16 befindet sich auf einer p Kollektorschicht 1 eine n⁺ Pufferschicht 2. Auf der Pufferschicht 2 befindet sich eine n Basisschicht 3. Eine p Basiszone 4 ist selektiv im Oberflächenabschnitt der Basisschicht 3 ausgebildet. Eine n Emitterzone 5 ist selektiv in der Basiszone 4 ausgebildet. Ein Gateoxidfilm 6 befindet sich über dem Teil der Basiszone 4, der sich zwischen der Basisschicht 3 und der Emitterzone 5 erstreckt. Eine Gateelektrodenschicht 7 aus Polysilizium, die über eine Gateelektrode 1 2 mit einem Anschluß G verbunden ist, liegt auf dem Gateoxidfilm 6. Eine mit einem Anschluß C verbundene Kollektorelektrode 9 ist an der Rückseite der Kollektorschicht 1 ausgebildet. Eine mit einem Anschluß E verbundene Emitterelektrode 8 steht sowohl mit der Emitterzone 5 als auch der Basiszone 4 im Kontakt. Der in Fig. 16 gezeigte IGBT enthält praktisch einen MOSFET, bestehend aus der Gateelektrodenschicht 7, dem Gateoxidfilm 6, der Basiszone 4, der Emitterzone 5, der Basisschicht 3 und der Pufferschicht 2, sowie einen pnp Transistor, bestehend aus der Kollektorschicht 1, der Pufferschicht 2, der Basisschicht 3 und der Basiszone 4.

Die Basisschicht 3 des IGBT ist beispielsweise epitaxial auf das Substrat aufgebracht, das aus der Kollektorschicht 1 und der auf diese geschichteten Pufferschicht 2 besteht. Die Basiszone 4 wird durch Dotierung mit Störstellen unter Verwendung der zuvor ausgebildeten Gateelektroden schicht 7 als Maske hergestellt. Die Emitterzone 5 wird durch Dotierung mit Störstellen unter Verwendung eines nicht gezeigten Fotoresists als Maske hergestellt. Wie in Fig. 16 gezeigt, kann sich die Emitterelektrode 8 unter Zwischenlage eines Isolierfilms 11 über die Gateelektroden schicht 7 erstrecken.

Auf der linken Seite in Fig. 16 ist eine Temperaturmeßdiode 17 als ein Temperaturmeßteil angeordnet. Zu diesem Zweck ist eine p Anodenzone 13 selektiv in dem Oberflächenabschnitt der Basisschicht 3 ausgebildet, und eine n Kathodenzone 14 ist in dem Oberflächenabschnitt der Anodenzone 13 ausgebildet. Eine Anode 15 steht mit der Anodenzone 13 im Kontakt und eine Kathode 16 mit der Kathodenzone 14. Die Anode 15 ist über einen Anschluß 18 mit einer Stromquelle verbunden, und die Kathode 16 ist mit der Emitterelektrode 8 des IGBT-Teils verbunden. Der Kathode 16 wird von außen über die Anode 15 ein konstanter Strom zugeführt, und die Durchlaßspannung V_F zwischen der Anode 15 und der Kathode 16 der Diode 17 wird gemessen. Die Temperatur ergibt sich aus der Temperaturabhängigkeit der Durchlaßspannung V_F.

Im mittleren Teil von Fig. 16 bzw. in einem Bereich zwischen dem aktiven Teil 20 und der Diode 17 ist in dem Oberflächenabschnitt der Basisschicht 3 eine p Extraktionszone 21 ausgebildet, die sich teilweise mit der Basiszone 4 überlappt. Die Emitterelektrode 8 steht mit der Oberfläche der Extraktionszone 21 im Kontakt (tatsächlich steht die Emitterelektrode mit dem Überlappungsbe reich von Basiszone 4 und Extraktionszone 21 in Kontakte. Die Extraktionszone 21 ist dazu vorgesehen, Löcher aus der Basisschicht 3 in der Nähe der Diode 17 abzuziehen, wenn der IGBT abgeschaltet wird. Der Abstand zwischen der Anodenzone 13 und der Extraktionszone 21 beträgt beispielsweise 50 µm, und derjenige zwischen der Anodenzone 13 und einer Kanalzone 19 beträgt beispielsweise 70 µm.

Der Schaltbetrieb des IGBT von Fig. 16 ist wie folgt. Durch Anlegen einer einen Schwellenwert übersteigenden Spannung an die Gateelektrode 12 in einem Zustand, wo eine in bezug auf den Anschluß E positive Spannung an dem Anschluß C anliegt, wird in dem Oberflächenabschnitt (Kanalzone 19) der Basiszone 4 unter der Gateelektrodenschicht 7 eine Inversionsschicht ausgebildet, und der vorgenannte MOSFET wird leitend. Elektronen werden von der Emitterzone 5 durch die Inversionsschicht zur Basisschicht 3 und zur Pufferschicht 2 injiziert. Da der pn- Übergang zwischen der Kollektorschicht 1 und der Pufferschicht 2 in Durchlaßrichtung vorge spannt ist, fließen die Elektronen in die Kollektorschicht 1. Daraufhin wird der oben beschrieben pnp Transistor mit der Kollektorschicht 1 als Emitter, der Pufferschicht 2 und der Basisschicht 3 als Basis und der Basiszone 4 als Kollektor leitend und bewirkt eine Leitfähigkeitsmodulation, durch die der IGBT eingeschaltet wird. Das Abschalten des IGBT erfolgt bei Verschwinden der Inversionsschicht im Oberflächenabschnitt der Basiszone 4 unter der Gateelektrodenschicht 12 durch Entfernen der Spannung an der Gateelektrode 12, womit die Elektroneninjektion von der Emitterzone 5 gestoppt wird.

Zu experimentellen Zwecken hergestellte IGBTs mit eingebautem Temperaturmeßteil erwiesen sich als problematisch wegen einer niedrigen V_CE-Aufrechterhaltungsspannung V_CE(SUS), was die Betriebsspannung im Hochstrombereich des IGBT ist.

Außerdem ändert sich die Durchlaßspannung V_F der Diode 17 mit dem den IGBT durchfließenden Hauptstrom. Fig. 18 ist ein Schaltbild, bei dem der IGBT mit eingebautem Temperaturmeßteil in einer Schaltung mit induktiver Last eingesetzt ist. Fig. 19 zeigt Spannungs- bzw. Stromverläufe jeweiliger Teile des herkömmlichen IGBT gemäß Fig. 16 für den Fall des Betriebs in einer Schaltung gemäß Fig. 18. In der Schaltung nach Fig. 18 ist der IGBT 31 mit eingebauter Temperaturmeßdiode 17 in Reihe mit einer Drossel 32 und einer Stromquelle 33 geschaltet. Das Gate des IGBT 31 ist über einen Widerstand mit einer Gatestromquelle 34 verbunden. Die Diode 17 erhält über den Anschluß 18 einen konstanten Strom von einer Gleichstromquelle. Die Bezugszahl 35 bezeichnet einen Kondensator.

Wie aus Fig. 19 ersichtlich, steigt, wenn der IGBT durch Anlegen der Gatespannung Vg bei zwischen der Kollektorelektrode und der Emitterelektrode anliegender Spannung V_CE eingeschal tet wird, der Hauptstrom des IGBT, das heißt der Kollektorstrom Ic nahezu linear an, wenn es sich bei der Last um eine solche mit induktiver Komponente handelt. Selbst wenn der Diode 17 ein konstanter Strom I_F geliefert wird, nimmt die Durchlaßspannung V_F der Diode zu. Dadurch wird die Temperaturgenauigkeit beeinträchtigt, sofern nicht eine komplizierte Steuerschaltung eingesetzt wird.

Ausgehend von diesen Problemen besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen IGBT mit eingebautem Temperaturmeßteil zu schaffen, der eine hohe Spannung V_CE(SUS) aufweist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen IGBT mit eingebautem Temperatur meßteil zu schaffen, der wenig oder gar nicht von dem Hauptstrom beeinflußt wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen IGBT mit eingebautem Temperaturmeßteil zu schaffen, der die Temperatur mit hoher Genauigkeit mißt.

Diese Aufgaben werden mit einem IGBT gemäß den Patentansprüchen 1, 2, 4, 5 und 7 bzw. einem Verfahren gemäß Patentanspruch 18 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die vorliegende Erfindung basiert unter anderem auf der Erkenntnis der Ursachen der oben beschriebenen Probleme. Diese Ursachen sollen im folgenden erläutert werden. Bei einem IGBT, wie er in Fig. 16 dargestellt ist, wird ein lateraler pnp Transistor, bestehend aus der Extraktions zone 21, der Basisschicht 3 und der Anodenzone 13, zusätzlich zur Diode 17 mit der Anode 15 und der Kathode 16 auf der Anodenzone 13 bzw. der Kathodenzone 14 gebildet. Obwohl der größte Teil des von der Anode 15 in die Anodenzone 13 gelieferten Löcherstroms in die Kathodenzone 14 injiziert wird, gelangt ein Teil des Löcherstroms infolge des internen elektri schen. Feldes über dem pn-Übergang zwischen der Anodenzone 13 und der Basisschicht 3 in die Basisschicht 3. Infolge der an der Emitterelektrode 8 anliegenden negativen Spannung gelangen die in die Basisschicht geflossenen Löcher in eine Verarmungsschicht, die sich in dem pn- Übergangsgebiet zwischen der Basisschicht 3 und der Extraktionszone 21 ausdehnt, und fließen dann durch die Extraktionszone 21 zur Emitterelektrode 8. Das heißt, die in die Basisschicht 3 injizierten Löcher wirken als ein Basisstrom des die Anodenzone 13, die Basisschicht 3 und die Extraktionszone 21 umfassenden pnp Transistors und schalten diesen Transistor ein.

Obwohl der von der Kollektorschicht 1 in die Basisschicht 3 injizierte Löcherstrom zur Basiszone 4 und zur Extraktionszone 21 fließt, wenn der aktive Teil durch ein dem IGBT zugeführtes Gatesignal eingeschaltet wird, fließt ein Teil des Löcherstroms über die Anodenzone 13 und die Kathodenzone 14 aufgrund des Einschaltens des vorgenannten lateralen pnp Transistors zur Kathode 16. Daher ist der Strom, der über den pn-Übergang zwischen der Kathodenzone 14 und der Anodenzone 13 der Diode 17, größer als der über den Anschluß 18 von der Stromquelle zugeführte Strom.

Da der Löcherstrom, der über den pn-Übergang zwischen der Kathodenzone 14 und der Anoden zone 13 fließt, dem Gatestrom eines parasitären Thyristors, bestehend aus der Kathodenzone 14, der Anodenzone 13, der Basisschicht 3 und Pufferschicht 2 und der Kollektorschicht 1, entspricht, wird der parasitäre Thyristor eingeschaltet, wenn der Löcherstrom ausreichend groß ist, womit die sogenannte Latch-Up-Festigkeit des parasitären Thyristors verschlechtert wird.

Es wird angenommen, daß der Wert des Löcherstroms, der den parasitären Thyristor einschaltet, mit dem Abstand zwischen der Anodenzone 13 und der Extraktionszone 21 sowie mit den Werten der zwischen dem Kollektor und dem Emitter angelegten Spannung und des Kollektor stroms zusammenhängt.

Zu Versuchszwecken wurden verschiedene IGBTs mit unterschiedlichem Abstand zwischen der Anodenzone 13 und der Extraktionszone 21 hergestellt und der jeweilige Wert der Spannung V_CE(SUS) gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 17 dargestellt.

Da bei einer Ausführungsform der Erfindung gemäß Patentanspruch 1 die meisten von der Kollektorschicht des zweiten Leitungstyps in die Halbleiterzone des ersten Leitungstyps injizier ten Ladungsträger zur Basiszone des zweiten Leitungstyps oder zur Extraktionszone des zweiten Leitungstyps fließen, ist der Anteil der Ladungsträger, der zur Anodenzone des zweiten Leitungs typs fließt, verringert, die Gefahr, daß der parasitäre Thyristor eingeschaltet wird, ist gering und die Aufrechterhaltungsspannung V_CE(SUS) ist verbessert.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung gemäß Patentanspruch 2 isolieren die erste und die zweite schwimmende Zone die Temperaturmeßdiode von der Halbleiterschicht des ersten Leitungstyps. Da der größte Anteil der von der Kollektorschicht des zweiten Leitungstyps in die Halbleiterschicht des ersten Leitungstyps injizierten Ladungsträger nicht zur Anodenzone des zweiten Leitungstyps fließt, besteht geringe Gefahr, daß der parasitäre Thyristor eingeschaltet wird. Insbesondere, wenn die Anodenzone und die Extraktionszone um 1 bis 30 µm beabstandet sind, fließt der größte Anteil der von der Kollektorschicht des zweiten Leitungstyps in die Halbleiterschicht des ersten Leitungstyps injizierten Ladungsträger zur Extraktionszone des zweiten Leitungstyps.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung gemäß Patentanspruch 4 kann der Strom, der über den pn-Übergang zwischen der Anodenzone des zweiten Leitungstyps und der Kathodenzone des ersten Leitungstyps fließt, genau gemessen werden.

Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 5 unterdrücken die zweite Anodenzone des zweiten Leitungstyps und die zweite Kathodenzone des ersten Leitungs typs Einflüsse aus der Umgebung. Auch bei dieser Ausführungsform fließt der größte Anteil der von der Kollektorschicht des zweiten Leitungstyps zur Halbleiterschicht des ersten Leitungstyps injizierten Ladungsträger zur Extraktionszone des zweiten Leitungstyps, wenn die zweite Anodenzone des zweiten Leitungstyps und die Extraktionszone des zweiten Leitungstyps um 1 bis 30 pm voneinander beabstandet sind.

Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung gemäß Patentanspruch 7, tritt kein Latch-Up-Problem auf, da keinerlei parasitärer Thyristor gebildet wird. Zwischen der Anode und der Emitterelektrode wird im Moment des gate-gesteuerten Einschaltens eine Diode gebildet. Die Durchlaßspannung der Diode wird nicht von den Ladungsträgern beeinflußt, die von der Kollektorschicht des zweiten Leitungstyps zur Halbleiterschicht des ersten Leitungstyps injiziert werden.

Es sei erneut auf Fig. 16 Bezug genommen. Die Diode 17 wird so nahe wie möglich bei dem aktiven Teil 20 angeordnet, damit der Temperaturanstieg des Hauptteils des IGBT so genau wie möglich erfaßt werden kann.

Die Durchlaßspannung V_F der Diode 17 nimmt mit zunehmendem Hauptstrom zu, da die von der Kollektorschicht 1 injizierten Löcher die Leitfähigkeit in der n Basisschicht 3 modulieren und der Hauptstrom nicht nur über die Basiszone und die Extraktionszone 21 zur Emitterelektrode 8, sondern auch zur Anodenzone 13 fließt.

Bei dem IGBT nach Fig. 16 bilden die Extraktionszone 21, die Basisschicht 3 und die Anoden zone 13 einen lateralen pnp Transistor. Obwohl zwar der größte Teil des Löcherstroms, der von der Anode 15 in die Anodenzone 13 fließt, in die Kathodenzone 14 injiziert wird, wird ein Teil des Löcherstroms aber in Folge des internen elektrischen Feldes über dem pn-Übergang des lateralen pnp Transistors zwischen der Anodenzone 13 und der Basisschicht 3 in letztere injiziert. Da an der Emitterelektrode 8 eine negative Spannung anliegt, gelangen die Löcher, die in die Basisschicht 3 geflossen sind, in die Verarmungsschicht, die sich um den pn-Übergangsbereich zwischen der Basisschicht 3 und der Extraktionszone 21 herum erstreckt, und fließen über die Extraktionszone 21 zur Emitterelektrode 8. Das heißt, die in die Basisschicht 3 injizierten Löcher bilden den Basisstrom des pnp Transistors, der dadurch eingeschaltet wird. Durch das Einschal ten dieses lateralen pnp Transistors fließt ein Teil des von der Kollektorschicht 1 in die Basis schicht 3 injizierten Löcherstroms über die Anodenzone 13 und die Kathodenzone 14 zur Kathode 16. Dem kann dadurch entgegengewirkt werden, daß der in die Anodenzone 13 fließende Strom verringert wird, indem der Abstand zwischen der Anodenzone 13 und der Extraktionszone 21 verringert wird, oder, vorzugsweise, indem die Anodenzone 13 weit vom Hauptteil des IGBT entfernt angeordnet wird. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Kanalzone und die Anodenzone (oder erste Anodenzone) des zweiten Leitungstyps um 300 bis 3000 µm von einander beabstandet.

Da der größte Teil der von der Kollektorschicht des zweiten Leitungstyps in die Halbleiterschicht (Basisschicht) der ersten Leitungstyps injizierten Ladungsträger zur Basiszone des zweiten Leitungstyps oder zur Extraktionszone des zweiten Leitungstyps fließt und da der Anteil der Ladungsträger, der zur Anodenzone des zweiten Leitungstyps fließt, abnimmt, wird der Durch laßspannungsabfall in der Temperaturmeßdiode vom Hauptstrom nicht oder nur unwesentlich beeinflußt, und das Halbleiterbauelement enthält keine weite ungenutzte Fläche.

Vorzugsweise ist die Ladungsträgerlebensdauer im Bereich der Halbleiterschicht (Basisschicht des ersten Leitungstyps) zwischen einem Teil unterhalb der Kanalzone und einem Bereich unterhalb der Anodenzone (oder der ersten Anodenzone) des zweiten Leitungstyps kürzer als die Ladungsträgerlebensdauer in der Halbleiterschicht (Basisschicht) des aktiven Teils. Dieser Zwischenraum kurzer Ladungsträgerlebensdauer isoliert im wesentlichen die Anodenzone 13 und den Hauptteil des IGBT voneinander.

Durch das Verfahren gemäß Anspruch 17 werden in dem Bereich der Halbleiterschicht des ersten Leitungstyps zwischen dem Bereich unterhalb der Kanalzone und dem Bereich unterhalb der Anodenzone des zweiten Leitungstyps Lebensdauerkiller erzeugt. Durch eine Metallmaske kann der Strahlungsbereich beschränkt werden, wodurch eine selektive Erzeugung der Lebens dauerkiller ermöglicht wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Wie schon in der vorangegangenen Beschreibung bezeichnen auch nachfolgend "p" und "n" vor Schichten und Zonen, daß es sich bei den Majoritätsladungs trägern der jeweiligen Schicht oder Zone um Löcher bzw. Elektronen handelt. Es zeigen:

Fig. 1-4 Querschnittsansichten eines Teiles eines IGBT gemäß einer ersten bis vierten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Teil der Siliziumsubstratoberfläche der vierten Ausführungs form,

Fig. 6-8 Querschnittsansichten eines Teiles eines IGBT gemäß einer fünften bis siebten Ausführungsform,

Fig. 9 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Betriebsweise des IGBT der sechsten Ausfüh rungsform,

Fig 10 in einer graphischen Darstellung den Einfluß des Abstands L₂ zwischen der Tempera turmeßdiode und dem aktiven Teil auf die Durchlaßspannung V_F der Temperaturmeß diode,

Fig. 11 den sicheren Betriebsbereich des IGBT gemäß der sechsten Ausführungsform,

Fig. 12 in einer Vergleichsdarstellung die Durchlaßspannungszunahmen (ΔV_F) eines IGBT gemäß der sechsten Ausführungsform, eines IGBT der siebten Ausführungsform und eines herkömmlichen IGBT,

Fig. 13 eine Querschnittsansicht zur Erläuterung des Verfahrens der Ausbildung von Lebens dauerkillern zum Erhalt des IGBT der siebten Ausführungsform,

Fig. 14 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise eines einen IGBT enthaltenden IPM bei Auftreten einer Überhitzung,

Fig. 15 die Temperaturabhängigkeit der Durchlaßspannung einer Diode bei einem bestimmten Strom,

Fig. 16 eine Querschnittsansicht eines Teiles eines IGBT als Beispiel eines bipolaren Halbleiter bauelements, das mit einem Temperaturmeßteil versehen ist,

Fig. 17 den Zusammenhang zwischen der Spannung V_CE(SUS) und dem Abstand L₁ zwischen der Anodenzone und der Extraktionszone,

Fig. 18 das Schaltbild einer Schaltung, bei der der IGBT mit eingebautem Temperaturmeßteil mit einer induktiven Last gekoppelt ist, und

Fig. 19 die Verläufe von Spannungen und Strömen des herkömmlichen IGBT mit eingebautem Temperaturmeßteil gemäß Fig. 16, wenn dieser IGBT an einer induktiven Last in der Schaltung von Fig. 18 betrieben wird.

In den nachfolgend beschriebenen Figuren sind gleiche Bezugszahlen für gleiche Elemente verwendet. Auch der p- oder n-Leitungstyp der einzelnen Schichten oder Zonen, die in den verschiedenen Ausführungsformen jeweils mit denselben Bezugszahlen versehen sind ist immer derselbe.

Erste Ausführungsform

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines Teiles einer ersten Ausführungsform eines IGBT gemäß der vorliegenden Erfindung, in den ein Temperaturmeßteil eingebaut ist.

Auf der rechten Seite in Fig. 1 ist ein aktiver Teil 20 dargestellt, mit dem der Hauptstrom des IGBT gesteuert wird, bzw. eingeschaltet und ausgeschaltet wird. In Fig. 1 ist eine Zelle mit einer Elektrode dargestellt. Der aktive Teil enthält viele solcher Zellen (Fig. 2 zeigt eine komplette Einheitszelle, die bei allen Ausführungsbeispielen gleich ist). Obwohl nicht dargestellt, ist im Randbereich des IGBT eine Struktur zur Erhöhung der Durchbruchspannung, etwa als Schutz ringstruktur oder Feldplattenstruktur ausgebildet.

Gemäß Darstellung in Fig. 1 ist auf einer p Kollektorzone oder -schicht 1 eine n⁺ Pufferschicht 2 angeordnet. Eine n Basisschicht 3 befindet sich auf der Pufferschicht 2. Eine p Basiszone 4 ist selektiv in dem Oberflächenabschnitt der Basisschicht 3 ausgebildet. Eine n Emitterzone 5 ist selektiv in der Basiszone 4 ausgebildet. Ein Gateoxidfilm 6 befindet sich über dem Abschnitt der Basiszone 4, der sich zwischen der Basisschicht 3 und der Emitterzone 5 erstreckt. Eine über eine Gateelektrode 12 mit einem Anschluß G verbundene Gateelektrodenschicht 7 aus Polysili zium ist auf dem Gateoxidfilm 6 ausgebildet. Eine mit einem Anschluß C verbundene Kollektor elektrode 9 befindet sich an der Rückseite der Kollektorschicht 1. Eine mit einem Anschluß E verbundene Emitterelektrode 8 kontaktiert sowohl die Emitterzone 5 als auch die Basiszone 4. Der IGBT von Fig. 1 kann als einen MOSFET und einen pnp Transistor enthaltend angesehen werden, wobei der MOSFET aus der Gateelektrodenschicht 7, dem Oxidfilm, der Basiszone 4, der Emitterzone 5, der Basisschicht 3 und der Pufferschicht 2 besteht, während der pnp Transistor aus der Kollektorschicht 1, der Pufferschicht 2, der Basisschicht 3 und der Basiszone 4 besteht.

Die Basisschicht 3 des IGBT wird beispielsweise epitaxial auf dem die Kollektorschicht 1 und die Pufferschicht 2 umfassenden Substrat ausgebildet. Die Basiszone 4 ist durch Störstellendotie rung unter Verwendung der zuvor hergestellten Gateelektrodenschicht 7 als Maske ausgebildet. Die Emitterzone 5 ist durch Störstellendotierung unter Verwendung eines nicht gezeigten Fotoresists als Maske ausgebildet. Wie in Fig. 1 gezeigt, kann sich die Emitterelektrode 8 unter Zwischenlage eines Isolierfilms 11 über die Gateelektrodenschicht 7 erstrecken.

Auf der linken Seite in Fig. 1 ist als ein Temperaturmeßteil eine (Temperaturmeß-)Diode 1 7 zur Temperaturmessung dargestellt. Zu diesem Zweck ist eine p Anodenzone 13 selektiv in dem Oberflächenabschnitt der Basisschicht 3 ausgebildet, und eine n Kathodenzone 14 ist in dem Oberflächenabschnitt der Anodenzone 13 ausgebildet. Eine Anode 15 steht mit der Anodenzone 13 im Kontakt, und eine Kathode 16 steht mit der Kathodenzone 14 im Kontakt. Die Anode 15 ist über einen Anschluß 18 mit einer nicht dargestellten Stromquelle verbunden, und die Kathode 16 ist mit der Emitterelektrode 8 des IGBT-Hauptteiles verbunden. Ein konstanter Strom wird von außen über die Anode 15 und die Kathode 16 der Diode 17 zugeführt, und die Durchlaßspan nung V_F der Diode 17 wird gemessen. Die Temperatur wird aus der Temperaturabhängigkeit der Durchlaßspannung V_F ermittelt. Die Anodenzone 13 weist einen Durchmesser von beispielsweise 100 µm auf, und die Kathodenzone 14 weist einen Durchmesser von beispielsweise 50 µm auf.

Im mittleren Teil von Fig. 1 bzw. im Bereich zwischen dem aktiven Teil 20 und der Diode 17 ist im Oberflächenabschnitt der Basisschicht 3 eine p Extraktionszone 21 so ausgebildet, daß sie sich teilweise mit der Basiszone 4 überlappt. Die Emitterelektrode 8 steht mit der Oberfläche der Extraktionszone 21 im Kontakt (genaugenommen steht die Emitterelektrode mit dem Überlap pungsbereich von Basiszone 4 und Extraktionszone 21 in Kontakt). Die Extraktionszone 21 ist so angeordnet, daß sie der Basisschicht 3 in der Nähe der Diode 17 Löcher entzieht.

Bei dem IGBT der ersten Ausführungsform sind die Anodenzone 13 und die Extraktionszone 21 um einen geringen Abstand von L₁ = 20 µm beabstandet, so daß kaum Gefahr besteht, daß der parasitäre Thyristor in den Latch-Up-Zustand gerät.

Im unteren Abschnitt der Diode 17 befindet sich ein vierschichtiger parasitärer Thyristor bestehend aus der Kathodenzone 14, der Anodenzone 13, der Basisschicht 3, der Pufferschicht 2 und der Kollektorschicht 1. Ein konstanter Strom (200 µA in diesem Fall) für die Temperatur messung von der Anode 15 zur Kathode 16 ist niedrig gewählt. Der größte Teil des von der Anode 15 zugeführten Löcherstroms fließt über die Kathodenzone 14 zur Kathode 16. Obwohl dieser Strom als ein Gatestrom des parasitären Thyristors wirkt, reicht er nicht aus, den parasitären Thyristor einzuschalten. Ein Teil des Löcherstroms wird außerdem von der Anoden zone 13 in die Basisschicht 3 injiziert. Dieser Löcherstrom wirkt als ein Basisstrom des pnp Transistors, der die Anodenzone 13, die Basisschicht 3 und die Extraktionszone 21 umfaßt. Ein Teil der in die Basisschicht 3 injizierten Löcher fließt in die Extraktionszone 21 und dann zur Emitterelektrode 8.

Durch Anlegen einer Gatespannung an die Gateelektrode 12 bei gleichzeitigem Anliegen einer hohen Spannung zwischen der Kollektorelektrode 9 und der Emitterelektrode 8 wird in der Kanalzone 19 im Oberflächenabschnitt der Basiszone 4 unterhalb der Gateelektrode 12 eine Inversionsschicht geschaffen. Elektronen werden von der Emitterzone 5 über diese Inversions schicht in die Basisschicht 3 gespeist. Die Elektronen wirken als ein Basisstrom des pnp Transistors, der die Kollektorschicht 1, die Basisschicht 3 und die Basiszone 4 umfaßt und durch diesen Basisstrom eingeschaltet wird. Wenn dieser pnp Transistor eingeschaltet ist, wird eine große Menge Löcher von der Kollektorschicht 1 in die Basisschicht 3 injiziert und moduliert die Leitfähigkeit der Basisschicht 3. Die injizierten Löcher fließen in die Basiszone 4 und die Extrak tionszone 21 und erreichen die Emitterelektrode 8. Ein Teil der injizierten Löcher fließt in die Anodenzone 13 und dann über die Kathodenzone 14 zu der mit der Emitterelektrode 8 verbun denen Kathode 16.

Die zwischen der Kollektorelektrode 9 und der Emitterelektrode 8 des IGBT anliegende hohe Spannung liegt auch zwischen der Kollektorelektrode 9 und der Kathode 16 der Diode 17 an. Wie oben beschrieben befindet sich in diesem Teil der parasitäre Thyristor aus der Kathodenzone 14, der Anodenzone 1 3, der Basisschicht 3, der Pufferschicht 2 und der Kollektorschicht 1. Der Löcherstrom, der von der Anodenzone 13 zur Kathodenzone 14 fließt, wirkt als Gatestrom dieses parasitären Thyristors.

Während der pn-Übergang eines normalen Thyristors, der dem pn-Übergang zwischen der Anodenzone 13 und der Kathodenzone 14 des oben beschriebenen parasitären Thyristors entspricht, kurzgeschlossen ist, ist der pn-Übergang zwischen der Anodenzone 13 und der Kathodenzone 14 dieses parasitären Thyristors nicht kurzgeschlossen. Somit weist der vorlie gende parasitäre Thyristor einen Aufbau eher ähnlich dem eines gate-abschaltbaren Thyristors (GTO) als dem eines normalen Thyristors auf. Daher besitzt der vorliegende parasitäre Thyristor eine Komponente mit großem negativen Widerstand. Dieser parasitäre Thyristor, der bei relativ niedriger Spannung in den Latch-Up-Zustand gerät, kann dem Schalten bei einer hohen Span nung nicht standhalten.

Der Löcherstrom, der in die Anodenzone 13 fließt und in die Kathodenzone 14 fließt, wird mit zunehmendem Abstand L₁ zwischen der Anodenzone 13 und der Extraktionszone 21 größer. Der Zusammenhang zwischen der Aufrechterhaltungsspannung V_CE(SUS) und dem Abstand L₁ ist in der eingangs Fig. 17 dargestellt.

In dem Bereich eines Abstands L₁ kleiner oder gleich 30 µm beträgt V_CE(SUS) 500 V oder mehr. Das bedeutet, der Widerstand in der Basisschicht 3 zwischen der Anodenzone 13 und der Extraktionszone 21 wird durch Verringerung des Abstands zwischen der Anodenzone 13 und der Extraktionszone 21 gesenkt. Die Löcher, die während des Einschaltzustands des IGBT von der Basisschicht 3 über die Extraktionszone 21 zur Emitterelektrode 8 fließen, nehmen zu, und die Löcher die von der Basisschicht 3 über die Anodenzone 13 und die Kathodenzone 14 zur Kathode 16 fließen, nehmen ab. Daher besteht geringe Gefahr, daß der parasitäre Thyristor in den Latch-Up-Zustand kommt. Obwohl ein geringerer Abstand L₁ die Spannung V_CE(SUS) weiter verbessert, führt eine zunehmende Verringerung des Abstands L₁ zu größeren Schwierigkeiten im Herstellungsverfahren. Der untere Grenzwert für L₁ mag bei etwa 1 µm liegen.

Wie oben erläutert, erhält man mit der ersten Ausführungsform der Erfindung einen IGBT mit darin vergrabener Diode zur Temperaturmessung, der einen hohen Wert V_CE(SUS) aufweist und bei dem kaum die Gefahr eines Latch-Up-Durchbruchs besteht.

Zweite Ausführungsform

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht eines Teiles einer zweiten Ausführungsform eines IGBT gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind eine schwimmende p Zone 23 und eine schwimmende n Zone 24 um die Diode 17 mit der Anodenzone 13 und der Kathodenzone 14 herum angeordnet.

Durch Anordnen dieser schwimmenden Zonen 23 und 24 wird die Diode 17 elektrisch isoliert. Wenn der IGBT eingeschaltet ist, treten die in die Basisschicht 3 injizierten Löcher nicht in die Diode 17 ein, weshalb die Durchlaßspannung V_F der Diode 17 von dem Hauptstrom des IGBT kaum oder gar nicht beeinflußt wird.

Insbesondere wenn der Abstand L₁ zwischen der Extraktionszone 21 und der Anodenzone 13 30 µm oder weniger beträgt, wird die Zunahme des Löcherstroms, der von der Anodenzone 13 über die Kathodenzone 14 zur Kathode 16 fließt (die proportional zur Zunahme der Durchlaßspannung V_F der Diode 17 ist) weiter verringert, weshalb der parasitäre Thyristor nicht in den Latch-Up- Zustand kommt.

Dritte Ausführungsform

Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht eines Teiles einer dritten Ausführungsform eines IGBT gemäß der Erfindung.

Bei dieser Ausführungsform ist die Anode 15 auf der Anodenzone 13 elektrisch mit der Emitter elektrode 8 des IGBT-Hauptteiles verbunden, und die Kathode 16 ist im Kontakt mit der Oberfläche der Kathodenzone 14. Daher kann der Strom aus der Kathode 16 ungeachtet des Stroms durch die Anode 15 auf einen konstanten Wert gesteuert werden. Da der Strom der Diode 17 den Löcherstrom umfaßt, der von der Kollektorschicht 1 in die Basisschicht 3 injiziert wird und in die Anodenzone 13 fließt, kann der Strom, der durch den pn-Übergang zwischen der Anodenzone 13 und der Kathodenzone 14 fließt, genau gesteuert werden. Wenn somit der Strom, der durch den pn-Übergang zwischen der Anodenzone und der Kathodenzone 14 fließt, auf einen konstanten Wert gesteuert wird, repräsentiert die Durchlaßspannung V_F exakt die Temperatur.

Bei dieser Ausführungsform, bei der die Anode 15 mit der Emitterelektrode 8 des IGBT-Haupttei les verbunden ist wird der Löcherstrom, der beim herkömmlichen IGBT in die Kathodenzone 14 eintritt, minimiert, da die Löcher, die erzeugt werden, wenn der IGBT im Einschaltzustand ist, über die Anodenzone 13 zu der mit ihr verbunden Emitterelektrode 8 des IGBT-Hauptteiles fließen. Daher besteht kaum Gefahr, daß der parasitäre Thyristor in den Latch-Up-Zustand gerät.

Vierte Ausführungsform

Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht eines Teiles einer vierten Ausführungsform eines IGBT gemäß der vorliegenden Erfindung.

Bei dieser Ausführungsform ist ein ringförmiger Abschnitt mit ähnlichem Querschnitts-Aufbau wie die Diode 17 um die Anodenzone 13 und Kathodenzone 14 der Diode 17 ausgebildet. Genauer gesagt ist eine ringförmige zweite p Anodenzone 43 selektiv in dem Oberflächenab schnitt der Basisschicht 3 ausgebildet, und eine ringförmige zweite n Kathodenzone 44 ist in dem Oberflächenabschnitt der zweiten Anodenzone 43 ausgebildet. Eine zweite Anode 45 befindet sich auf der Oberfläche der zweiten Anodenzone 43. Eine zweite Kathode 46 auf der zweiten Kathodenzone 44 ist mit der Kathode 16 der Diode 17 und außerdem mit der Emitter elektrode 8 des IGBT verbunden (letztere ist in Fig. 4 nicht gezeigt, siehe aber Fig. 1). Die zweite Anode 45 ist über einen Anschluß 48 mit einer zweiten, einen konstanten Strom liefernden Stromquelle verbunden.

Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf einen Teil der Oberfläche des Siliziumsubstrats der vierten Ausführungsform. Man erkennt die zweite Anodenzone 43, die die erste Anodenzone 13 umgibt. Die zweite Kathodenzone 44 befindet sich innerhalb der zweiten Anodenzone 43.

Der Löcherstromfluß zur Anodenzone 13 wird unterdrückt und der Einfluß des Hauptstroms des IGBT minimiert, indem die zweite Anodenzone 43 angeordnet wird, die zu einem Stromfluß um die Diode 17 herum führt, und indem der Löcherstrom der Basisschicht 3 im Einschaltzustand des IGBT durch die umgebende zweite Anodenzone 43 abgezogen wird.

Insbesondere wenn der Abstand L₁ zwischen der Extraktionszone 21 und der zweiten Anoden zone 43 30 µm oder weniger beträgt, wird die Zunahme des Löcherstroms, der von der Anoden zone 13 über die Kathodenzone 14 zur Kathode 16 fließt (die proportional zur Zunahme der Durchlaßspannung V_F der Diode 17 ist), weiter minimiert, weshalb kaum Gefahr besteht, daß der parasitäre Thyristor in den Latch-Up-Zustand gerät.

Fünfte Ausführungsform

Fig. 6 zeigt eine Querschnittsansicht eines Teiles einer fünften Ausführungsform eines IGBT gemäß der vorliegenden Erfindung.

Bei dieser Ausführungsform ist die Anodenzone 13 von der Extraktionszone 21 isoliert und im Oberflächenabschnitt der p Basisschicht 3 angeordnet. Die Anode 15 befindet sich auf der Oberfläche der Anodenzone 13 und ist über einen Anschluß 18 mit einer Stromquelle verbunden. Bei dieser Ausführungsform wird ein Kanal unter der Gateelektrodenschicht 7 geschaffen, wenn der IGBT im Einschaltzustand ist, und zwischen der Anode 15 und der Emitterelektrode 8 wird über diesen Kanal eine Diode gebildet. Die Durchlaßspannung wird unter Aufrechterhaltung eines konstanten Stromflusses durch die so geschaffene Diode gemessen.

Die von der Kollektorschicht 1 in die Basisschicht 3 gespeisten Löcher fließen nicht in die Anodenzone 13. Damit bestimmt der pn-Übergang zwischen der Anodenzone 13 und der Basisschicht 3 hauptsächlich die Durchlaßspannung der gebildeten Diode. Die Durchlaßspannung dieser gebildeten Diode wird nicht vom Hauptstrom des IGBT beeinflußt.

Da sich in der Anodenzone 13 keine Kathodenzone befindet, wird kein parasitärer Thyristor gebildet und auf diese Weise das Problem des Latch-Up vermieden.

Im Gate-Abschaltzustand des IGBT wird ein pnp Transistor, bestehend aus der Anodenzone 13, der Basisschicht 3 und der Extraktionszone 21 als Temperaturmeßteil verwendet. Man verur sacht einen konstanten Stromfluß von der Anode 15, das heißt dem Emitter dieses pnp Transi stors und mißt die Spannung zwischen der Anode 15 und der Emitterelektrode 8 des IGBT, die die Kollektorelektrode des pnp Transistors darstellt. Obwohl der pn-Übergang zwischen der Extraktionszone 21 und der Basisschicht 3 in Sperrichtung vorgespannt ist, fließt, insbesondere bei hoher Temperatur, ohne weiteres ein Strom von beispielsweise bis zu 200 µA durch den pn- Übergang.

Da der Aufbau der fünften Ausführungsform nicht die Kathodenzone und die Kathode der zuvor beschriebenen Temperaturmeßdioden erfordert, erhält man einen billigen IGBT mit eingebautem Temperaturmeßteil.

Sechste Ausführungsform

Fig. 7 zeigt eine Querschnittsansicht eines Teiles einer sechsten Ausführungsform eines IGBT gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von dem her kömmlichen IGBT darin, daß die Diode 17 und der Hauptteil 20 des IGBT um den relativ großen Abstand L₂ beabstandet sind. Genauer gesagt sind die Anodenzone 13 und die Kanalzone 19, auf der sich unter Zwischenlage des Gateoxidfilms 6 die Gateelektrodenschicht 7 befindet, um 500 µm voneinander entfernt.

Die übrigen strukturellen Merkmale sind die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform, so daß insoweit zu Fig. 7 auf die Beschreibung von Fig. 1 verwiesen werden kann. Auch die Funktions weise entspricht der der ersten Ausführungsform, soweit sich aus dem nachfolgenden nichts anderes ergibt.

Fig. 9 ist ein Zeitdiagramm, das die Arbeitsweise der sechsten Ausführungsform illustriert. Wie aus Fig. 9 deutlich erkennbar, ist die Zunahme der Durchlaßspannung V_F der Diode 17 (d. h. die Zunahme aufgrund zunehmenden Hauptstroms des IGBT) gering. Der Grund dafür ist folgender.

In Verbindung mit Fig. 1 wurde bereits beschrieben, daß bei Anlegen einer Gatespannung an die Gateelektrode 12 unter gleichzeitigem Anlegen einer hohen Spannung zwischen Kollektorelek trode 9 und Emitterelektrode 8 ein Teil der injizierten Löcher in die Anodenzone 13 und von dieser über die Kathodenzone 14 zur mit der Emitterelektrode 8 verbundenen Kathode 16 fließt. Wenn der Löcherstrom der in die Anodenzone 13 fließt groß ist, ist der Stromfluß über den pn- Übergang zwischen der Anodenzone 13 und der Kathodenzone 14 größer als der über den Anschluß 18 zugeführte Strom, womit die Durchlaßspannung V_F der Diode 17 hoch wird. Da jedoch der von der Kollektorschicht 1 injizierte Löcherstrom von dem Elektronenstrom induziert wird, der von der Emitterzone 5 über die Kanalzone 19 und die Basisschicht 3 zur Kollektor schicht 1 fließt, breitet sich der Löcherstrom nicht sehr weit von der Kanalzone 19 aus.

Bei dem IGBT der sechsten Ausführungsform sind die Anodenzone 13 und die Kanalzone 19, anders als bei dem herkömmlichen IGBT von Fig. 16, um 500 µm weit beabstandet. Daher ist der Löcherstrom, der bei der sechsten Ausführungsform von der Basisschicht 3 zur Anodenzone 13 fließt, kleiner als beim herkömmlichen IGBT. Deshalb wird die Diode 17 vom Hauptstrom kaum beeinflußt, und die Zunahme der Durchlaßspannung V_F der Diode 17 ist entsprechend gering. Die Zunahme der Durchlaßspannung V_F der Diode 17 wird also durch Entfernen des Temperaturmeßteils von dem Hauptabschnitt des IGBT verringert.

Fig 10 zeigt den Einfluß des Abstands L₂ zwischen der Diode 17 und dem aktiven Teil 20 auf die Durchlaßspannung V_F der Diode 17. Die Abszisse in Fig. 10 zeigt den Abstand zwischen der Anodenzone 13 und der Kanalzone 19, während die Ordinate die Zunahme ΔV_F der Durchlaß spannung V_F der Diode zeigt, wenn der Kollektorstrom I_C 200 A beträgt. Fig. 10 zeigt, daß der Einfluß des Hauptstroms dadurch verringert ist, daß die Temperaturmeßdiode und der aktive Teil um etwa 300 µm getrennt sind und der Einfluß des Hauptstroms nahezu unterdrückt wird, wenn die Temperaturmeßdiode und der aktive Teil um etwa 800 µm getrennt sind. Ein zu großer Abstand bewirkt einen unbenutzten Bereich im IGBT, so daß man unter Berücksichtigung dessen die obere Grenze bei etwa 300 µm ansetzen kann.

Fig. 11 zeigt den sicheren Betriebsbereich der sechsten Ausführungsform. Auf der Abszisse ist die Spannung V_CE zwischen Kollektor und Emitter dargestellt, auf der Ordinate der Kollektorstrom I_C. Der IGBT des sechsten Ausführungsform mit einem Abstand von L₂ = 500 µm zwischen der Diode 17 und dem aktiven Teil 20 weist den durch (O) gekennzeichneten sicheren Betriebsbe reich auf, der nahezu gleich dem (x) eines Vergleichsbeispiels ohne Temperaturmeßteil ist und sehr viel größer ist als der sichere Betriebsbereich (Δ) des herkömmlichen IGBT mit eingebautem Temperaturmeßteil. Die ausgezogene Linie in der Figur stellt die Nenneigenschaften dar.

Bei dem IGBT der sechsten Ausführungsform wird die Durchlaßspannung V_F der Diode 17 von dem Hauptstrom des IGBT kaum beeinflußt, die Temperaturmeßgenauigkeit ist verbessert, und man erhält einen weiten sicheren Betriebsbereich.

Siebte Ausführungsform

Fig. 8 zeigt eine Querschnittsansicht eines Teiles einer siebten Ausführungsform eines IGBT gemäß der Erfindung.

Die siebte Ausführungsform unterscheidet sich von der sechsten Ausführungsform darin, daß der Abstand L₂ zwischen der Diode 17 und dem aktiven Teil 20 auf 40 µm verkürzt ist und die Ladungsträgerlebensdauer für den Abstand der Basisschicht 3 verkürzt ist. Die Anodenzone 13 und die Kanalzone 19 auf der sich auf dem Gateoxidfilm 6 die Gateelektrodenschicht 7 befindet, sind um 50 µm voneinander beabstandet, und der Bereich 36, innerhalb dessen die Ladungsträ gerlebensdauer verkürzt ist (etwa 1 µs) befindet sich in dem Abschnitt zwischen der Anodenzone 13 und der Kanalzone 19 der Basisschicht 3.

Fig. 12 vergleicht die Durchlaßspannungszunahme (ΔV_F) der sechsten und der siebten Ausfüh rungsform mit der des herkömmlichen IGBT. Wie aus Fig. 12 ersichtlich, ist die Durchlaßspan nungszunahme ΔV_F des IGBT gemäß der Erfindung gering.

Durch Verkürzen der Ladungsträgerlebensdauer in dem den aktiven Teil und die Diode 17 voneinander trennenden Raum, wird die Wirkung der Trennung zwischen dem aktiven Teil und der Diode 17 vervielfacht, die Zunahme der Durchlaßspannung V_F minimiert und die Tempera turmeßgenauigkeit verbessert.

Der sichere Betriebsbereich (⚫) der siebten Ausführungsform ist in Fig. 11 gezeigt. Der IGBT der siebten Ausführungsform weist somit einen sicheren Betriebsbereich auf, der so groß wie der der sechsten Ausführungsform und sehr viel größer als der eines herkömmlichen IGBT mit eingebau tem Temperaturmeßteil ist.

Da der Hauptstrom nicht durch den Bereich 36 kurzer Ladungsträgerlebensdauer fließt, werden die Durchlaßspannung und dergleichen Eigenschaften des IGBT nicht nachteilig beeinflußt. Es ist nicht immer notwendig, den Bereich 36 kurzer Ladungsträgerlebensdauer in dem gesamten Unterraum zwischen dem Teil unterhalb der Diode 17 und dem Teil unterhalb des aktiven Teils 20 vorzusehen. Es reicht aus, diesen Bereich 36 mit 10 µm Breite oder mehr in einem Teil dieses genannten Unterraums vorzusehen.

Fig. 13 ist eine Querschnittsansicht zur Erläuterung des Verfahrens zur Ausbildung von Lebens dauerkillern zum Erhalt des IGBT der siebten Ausführungsform.

Nach Ausbildung eines endgültigen Schutzfilms 51 zum Schutz der Oberfläche des IGBT wird auf diesem Schutzfilm 51 ein Metallfilm 52 aus rostfreiem Stahl oder ähnlichem Metall oder einer Legierung selektiv ausgebildet, und Heliumionen werden unter Verwendung des Metallfilms 52 als Maske mit einer Beschleunigungsspannung von etwa 25 MeV und einer Menge von 10¹² bis 10¹³ cm^-2 eingestrahlt. Nach der Bestrahlung wird eine Wärmebehandlung bzw. ein Anlassen bei 300°C ausgeführt. Durch dieses Verfahren wird die Ladungsträgerlebensdauer lokal in dem Raum zwischen dem aktiven Teil 20 und der Diode 17 verkürzt.

Wie oben beschrieben, erhält man mit der Erfindung einen IGBT mit einer darin eingebauten vergrabenen Temperaturmeßdiode. Bei dem IGBT der Erfindung tritt keinerlei Latch-Up-Durch bruch auf, und der nachteilige Einfluß des Hauptstroms auf die Durchlaßspannung der Tempera turmeßdiode ist reduziert. Der IGBT der Erfindung zeichnet sich durch ausgezeichnete Steuerbar keit aus.

Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf n-Kanal-IGBTs beschrieben wurde, ist sie durch Austausch der Leitungstypen auch auf p-Kanal-IGBTs anwendbar. Die vorliegende Erfindung ist praktisch auch auf andere Halbleiterbauelemente anwendbar, bei denen eine Minoritätsladungsträgerinjektion auftritt, wie MCTs (MOS-gesteuerte Thyristoren) ESTs (Emitter getrennte Thyristoren), BSITs (Bipolartransistoren mit elektrostatischer Induktion) und SIThs (Thyristoren mit elektrostatischer Induktion).

Wie oben beschrieben, erhält man mit der Erfindung einen IGBT mit einer eingebauten Tempera turmeßdiode des vergrabenen Typs, bei dem eine IGBT-Minoritätsladungsträgerinjektion auftritt. Bei dem IGBT der Erfindung tritt kein Latch-Up-Durchbruch des parasitären Thyristors auf, und die Betriebsspannung, wie etwa die V_CE-Aufrechterhaltungsspannung wird durch Verengung des Abstands zwischen der Anodenzone des zweiten Leitungstyps der Temperaturmeßdiode und der Extraktionszone des zweiten Leitungstyps auf 30 µm oder weniger verbessert.

Durch Trennen des Temperaturmeßteils und des aktiven Teils um mehr als 300 µm wird der ungünstige Einfluß des Hauptstroms auf die Durchlaßspannung der Temperaturmeßdiode verringert, und die Steuerbarkeit des IGBT mit eingebauter Temperaturmeßdiode verbessert.

Claims

1. Bipolares Halbleiter-Bauelement mit einem Hauptzellenteil (20) und einem Tempera turmeßteil (17), bei dem der Hauptzellenteil umfaßt:
eine Halbleiterschicht (2, 3) eines ersten Leitungstyps,
eine Basiszone (4) eines zweiten Leitungstyps, die selektiv in einem ersten Teil einer ersten Hauptfläche der Halbleiterschicht (2, 3) ausgebildet ist,
eine Emitterzone (5) des ersten Leitungstyps, die selektiv in einem Oberflächenabschnitt der Basiszone (4) ausgebildet ist,
eine Kanalzone (19) in dem Abschnitt der Basiszone (4), der sich zwischen einem Ober flächenabschnitt der Halbleiterschicht (2, 3) und der Emitterzone (5) erstreckt,
einen Gateisolierfilm (6) über der Kanalzone (19),
eine Gateelektrodenschicht (7) auf dem Gateisolierfilm (6),
eine mit der Gateelektrodenschicht (7) in Kontakt stehende Gateelektrode (12),
eine sowohl mit der Basiszone (4), ausgenommen die Kanalzone (19), als auch der Emitterzone (5) im Kontakt stehende Emitterelektrode (8),
eine Kollektorschicht (1) des zweiten Leitungstyps, die auf einer zweiten Hauptfläche der Halbleiterschicht (2, 3) ausgebildet ist, und
eine die Kollektorschicht (1) kontaktierende Kollektorelektrode (9); und
bei dem der Temperaturmeßteil umfaßt:
eine Extraktionszone (21) des zweiten Leitungstyps, die in einem zweiten Teil der ersten Hauptfläche der Halbleiterschicht (2, 3) ausgebildet ist, die Basiszone (4) teilweise überlappt und mit der Emitterelektrode (8) im Kontakt steht,
eine Anodenzone (13) des zweiten Leitungstyps, die sich einem dritten Teil der ersten Hauptfläche der Halbleiterschicht (2, 3) befindet, wobei dieser dritte Teil neben dem zweiten Teil der ersten Hauptfläche der Halbleiterschicht (2, 3) liegt,
eine Kathodenzone (14) des ersten Leitungstyps, die selektiv in einem Oberflächenab schnitt der Anodenzone (13) ausgebildet ist,
eine Anode (15) auf der Anodenzone (13), und
eine mit der Emitterelektrode (8) des Hauptzellenteils (20) verbundene Kathode (16) auf der Kathodenzone (14),
wobei die Anodenzone (13) und die Extraktionszone (21) um 1 bis 30 µm voneinander beabstandet sind.

2. Bipolares Halbleiter-Bauelement mit einem Hauptzellenteil (20) und einem Tempera turmeßteil (17), bei dem der Hauptzellenteil umfaßt:
eine Halbleiterschicht (2, 3) eines ersten Leitungstyps,
eine Basiszone (4) eines zweiten Leitungstyps, die selektiv in einem ersten Teil einer ersten Hauptfläche der Halbleiterschicht (2, 3) ausgebildet ist,
eine Emitterzone (5) des ersten Leitungstyps, die selektiv in einem Oberflächenabschnitt der Basiszone (4) ausgebildet ist,
eine Kanalzone (19) in einem Abschnitt der Basiszone (4), der sich zwischen einem Oberflächenabschnitt der Halbleiterschicht (2, 3) und der Emitterzone (5) erstreckt,
einen Gateisolierfilm (6) über der Kanalzone (19),
eine Gateelektrodenschicht (7) auf dem Gateisolierfilm (6),
eine mit der Gateelektrodenschicht (7) im Kontakt stehende Gateelektrode (12),
eine sowohl die Basiszone (4), mit Ausnahme der Kanalzone (19), als auch die Emitter zone (5) kontaktierende Emitterelektrode (8),
eine Kollektorschicht (1) des zweiten Leitungstyps, die sich auf einer zweiten Hauptflä che der Halbleiterschicht (2, 3) befindet, und
eine mit der Kollektorschicht (1) im Kontakt stehende Kollektorelektrode (9); und
bei dem der Temperaturmeßteil (17) umfaßt:
eine Extraktionszone (21) des zweiten Leitungstyps in einem zweiten Teil der ersten Hauptfläche der Halbleiterschicht (2, 3), die teilweise die Basiszone (4) überlappt und mit der Emitterelektrode (8) im Kontakt steht,
eine erste schwimmende Zone (23) des zweiten Leitungstyps, in einem dritten Teil der ersten Hauptfläche der Halbleiterschicht (2, 3), wobei der dritte Teil dem zweiten Teil der ersten Hauptfläche der Halbleiterschicht benachbart ist,
eine zweite schwimmende Zone (24) des ersten Leitungstyps in einem Oberflächenab schnitt der ersten schwimmenden Zone (23),
eine Anodenzone (13) des zweiten Leitungstyps in einem Oberflächenabschnitt der zweiten schwimmenden Zone (24),
eine Kathodenzone (14) des ersten Leitungstyps in einem Oberflächenabschnitt der Anodenzone (13),
eine Anode (15) auf der Anodenzone (13), und
eine mit der Emitterelektrode (8) des Hauptzellenteils (20) verbundene Kathode (16) auf der Kathodenzone (14).

3. Bauelement nach Anspruch 2, bei dem die Anodenzone (13) und die Extraktionszone (21) um 1 bis 30 µm voneinander beabstandet sind.

4. Bipolares Halbleiter-Bauelement mit einem Hauptzellenteil (20) und einem Tempera turmeßteil (17), bei dem der Hauptzellenteil umfaßt:
eine Halbleiterschicht (2, 3) eines ersten Leitungstyps,
eine Basiszone (4) eines zweiten Leitungstyps, die selektiv in einem ersten Teil einer ersten Hauptfläche der Halbleiterschicht (2, 3) ausgebildet ist,
eine Emitterzone (5) des ersten Leitungstyps, die selektiv in einem Oberflächenabschnitt der Basiszone (4) ausgebildet ist,
eine Kanalzone (19) in dem Abschnitt der Basiszone (4), der sich zwischen einem Ober flächenabschnitt der Halbleiterschicht (2, 3) und der Emitterzone (5) erstreckt,
einen Gateisolierfilm (6) über der Kanalzone (19),
eine Gateelektrodenschicht (7) auf dem Gateisolierfilm (6),
eine mit der Gateelektrodenschicht (7) im Kontakt stehende Gateelektrode (12),
eine sowohl die Basiszone (4), mit Ausnahme der Kanalzone (19), als auch die Emitter zone (5) kontaktierende Emitterelektrode (8),
eine Kollektorschicht (1) des zweiten Leitungstyps, auf einer zweiten Hauptfläche der
Halbleiterschicht (2, 3), und
eine mit der Kollektorschicht (1) im Kontakt stehende Kollektorelektrode (9); und
bei dem der Temperaturmeßteil umfaßt:
eine Extraktionszone (21) des zweiten Leitungstyps in einem zweiten Teil der ersten Hauptfläche der Halbleiterschicht (2, 3), die die Basiszone (4) teilweise überlappt und mit der Emitterelektrode (8) im Kontakt steht,
eine Anodenzone Zone (13) des zweiten Leitungstyps in einem dritten Teil der ersten Hauptfläche der Halbleiterschicht (2, 3), wobei der dritte Teil dem zweiten Teil der ersten Hauptfläche der Halbleiterschicht (2, 3) benachbart ist,
eine Kathodenzone (14) des ersten Leitungstyps, die selektiv in einem Oberflächenab schnitt der Anodenzone (13) ausgebildet,
ein Anode (15) auf der Anodenzone (13), und
eine Kathode (16) auf der Kathodenzone (14),
wobei die Anode (15) mit der Emitterelektrode (8) des Hauptzellenteils (20) verbunden ist.

5. Bipolares Halbleiter-Bauelement mit einem Hauptzellenteil (20) und einem Tempera turmeßteil (17), bei dem der Hauptzellenteil umfaßt:
eine Halbleiterschicht (2, 3) eines ersten Leitungstyps,
eine Basiszone (4) eines zweiten Leitungstyps, die selektiv in einem ersten Teil einer ersten Hauptfläche der Halbleiterschicht (2, 3) ausgebildet ist,
eine Emitterzone (5) des ersten Leitungstyps, die selektiv in einem Oberflächenabschnitt der Basiszone (4) ausgebildet ist,
eine Kanalzone (19) in dem Abschnitt der Basiszone (4), der sich zwischen einem Ober flächenabschnitt der Halbleiterschicht (2, 3) und der Emitterzone (5) erstreckt,
einen Gateisolierfilm (6) über der Kanalzone (19),
eine Gateelektrodenschicht (7) auf dem Gateisolierfilm (6),
eine mit der Gateelektrodenschicht (7) im Kontakt stehende Gateelektrode (12),
eine sowohl die Basiszone (4), mit Ausnahme der Kanalzone (19), als auch die Emitter zone (5) kontaktierende Emitterelektrode (8),
eine Kollektorschicht (1) des zweiten Leitungstyps, auf einer zweiten Hauptfläche der Halbleiterschicht (2, 3), und
eine mit der Kollektorschicht (1) im Kontakt stehende Kollektorelektrode (9); und
bei dem der Temperaturmeßteil (17) umfaßt:
eine Extraktionszone (21) des zweiten Leitungstyps in einem zweiten Teil der ersten Hauptfläche der Halbleiterschicht (2, 3), die teilweise die Basiszone (4) überlappt und mit der Emitterelektrode (8) im Kontakt steht,
eine erste Anodenzone (13) des zweiten Leitungstyps in einem Oberflächenabschnitt der Halbleiterschicht (2, 3),
eine erste Kathodenzone (14) des ersten Leitungstyps, die selektiv in einem Oberflä chenabschnitt der ersten Anodenzone ausgebildet ist,
eine erste Anode (15) im Kontakt mit der ersten Anodenzone (13),
eine erste Kathode (16) im Kontakt mit der ersten Kathodenzone (14),
eine ringförmige zweite Anodenzone (43) des zweiten Leitungstyps, die in einem dritten Teil der ersten Hauptfläche der Halbleiterschicht (2, 3) ausgebildet ist, wobei der dritte Teil dem zweiten Teil der ersten Hauptfläche der Halbleiterschicht benachbart ist und die zweite Anoden zone (43) den Oberflächenabschnitt der Halbleiterschicht (2, 3) umgibt, in dem die erste Anodenzone (13) ausgebildet ist,
eine zweite Kathodenzone (44) des ersten Leitungstyps, die selektiv in einem Oberflä chenabschnitt der zweiten Anodenzone (43) ausgebildet ist,
eine zweite Anode (45) im Kontakt mit der zweiten Anodenzone (43), und
eine zweite Kathode (46) im Kontakt mit der zweiten Kathodenzone (44),
wobei die erste Kathode (16) und die zweite Kathode (46) mit der Emitterelektrode (8) des Hauptzellenteils (20) verbunden sind.

6. Bauelement nach Anspruch 5, bei dem die zweite Anodenzone (43) und die Extrak tionszone (21) um 1 bis 30 µm voneinander beabstandet sind.

7. Bipolares Halbleiter-Bauelement mit einem Hauptzellenteil (20) und einem Tempera turmeßteil (17), bei dem der Hauptzellenteil umfaßt:
eine Halbleiterschicht (2, 3) eines ersten Leitungstyps,
eine Basiszone (4) eines zweiten Leitungstyps, die selektiv in einem ersten Teil einer ersten Hauptfläche der Halbleiterschicht (2, 3) ausgebildet ist,
eine Emitterzone (5) des ersten Leitungstyps, die selektiv in einem Oberflächenabschnitt der Basiszone (4) ausgebildet ist,
eine Kanalzone (19) in dem Abschnitt der Basiszone (4), der sich zwischen einem Ober flächenabschnitt der Halbleiterschicht (2, 3) und der Emitterzone (5) erstreckt, einen Gateisolierfilm (6) über der Kanalzone (19),
eine Gateelektrodenschicht (7) auf dem Gateisolierfilm (6),
eine mit der Gateelektrodenschicht (7) im Kontakt stehende Gateelektrode (12),
eine sowohl die Basiszone (4), mit Ausnahme der Kanalzone (19), als auch die Emitter zone (5) kontaktierende Emitterelektrode (8),
eine Kollektorschicht (1) des zweiten Leitungstyps, auf einer zweiten Hauptfläche der Halbleiterschicht (2, 3), und
eine mit der Kollektorschicht (1) im Kontakt stehende Kollektorelektrode (9); und
bei dem der Temperaturmeßteil (17) umfaßt:
eine Extraktionszone (21) des zweiten Leitungstyps in einem zweiten Teil der ersten Hauptfläche der Halbleiterschicht (2, 3), die teilweise die Basiszone (4) überlappt und mit der Emitterelektrode (8) im Kontakt steht,
eine Anodenzone (13) des zweiten Leitungstyps in einem dritten Teil der ersten Hauptfläche der Halbleiterschicht (2, 3), wobei der dritte Teil dem zweiten Teil der ersten Hauptfläche der Halbleiterschicht benachbart ist, und
eine Anode (15) auf der Anodenzone (13),
wobei die Emitterelektrode des Hauptzellenteils (20) auch als Kathode des Temperatur meßteils (17) dient.

8. Bauelement nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 und 7, bei dem die Kanalzone (19) und die Anodenzone (13) um 300 bis 3000 µm voneinander beabstandet sind.

9. Bauelement nach Anspruch 5, bei dem die Kanalzone (19) und die erste Anodenzone (13) um 300 bis 3000 µm voneinander beabstandet sind.

10. Bauelement nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 und 7, bei dem die Ladungsträgerle bensdauer in dem Abschnitt der Halbleiterschicht (2, 3) zwischen dem Bereich unterhalb der Kanalzone (19) und dem Bereich unterhalb der Anodenzone (13) kürzer ist als die Ladungsträger lebensdauer in dem Abschnitt der Halbleiterschicht (2, 3) in dem Hauptzellenteil (20).

11. Bauelement nach Anspruch 5, bei dem die Ladungsträgerlebensdauer in dem Abschnitt der Halbleiterschicht (2, 3) zwischen dem Bereich unterhalb der Kanalzone (19) und dem Bereich unterhalb der ersten Anodenzone (13) kürzer ist als die Ladungsträgerlebensdauer in dem Abschnitt der Halbleiterschicht (2, 3) in dem Hauptzellenteil (20).

12. Verfahren zur Herstellung eines bipolaren Halbleiter-Bauelements mit einem Hauptzellenteil (20) und einem Temperaturmeßteil (17), bei dem der Hauptzellenteil umfaßt:
eine Halbleiterschicht (2, 3) eines ersten Leitungstyps,
eine Basiszone (4) eines zweiten Leitungstyps, die selektiv in einem ersten Teil einer ersten Hauptfläche der Halbleiterschicht (2, 3) ausgebildet ist,
eine Emitterzone (5) des ersten Leitungstyps, die selektiv in einem Oberflächenabschnitt der Basiszone (4) ausgebildet ist,
eine Kanalzone (19) in dem Abschnitt der Basiszone (4), der sich zwischen einem Ober flächenabschnitt der Halbleiterschicht (2, 3) und der Emitterzone (5) erstreckt,
einen Gateisolierfilm (6) über der Kanalzone (19),
eine Gateelektrodenschicht (7) auf dem Gateisolierfilm (6),
eine mit der Gateelektrodenschicht (7) in Kontakt stehende Gateelektrode (12),
eine im gemeinsamen Kontakt mit der Basiszone (4), ausgenommen die Kanalzone (19), und der Emitterzone (5) stehende Emitterelektrode (8),
eine Kollektorschicht (1) des zweiten Leitungstyps, die auf einer zweiten Hauptfläche der Halbleiterschicht (2, 3) ausgebildet ist, und
eine die Kollektorschicht (1) kontaktierende Kollektorelektrode (9); und
bei dem der Temperaturmeßteil umfaßt:
eine Extraktionszone (21) des zweiten Leitungstyps, die in einem zweiten Teil der ersten Hauptfläche der Halbleiterschicht (2, 3) ausgebildet ist, die Basiszone (4) teilweise überlappt und mit der Emitterelektrode (8) im Kontakt steht,
eine Anodenzone (13) des zweiten Leitungstyps, die sich einem dritten Teil der ersten Hauptfläche der Halbleiterschicht (2, 3) befindet, wobei dieser dritte Teil neben dem zweiten Teil der ersten Hauptfläche der Halbleiterschicht (2, 3) liegt,
eine Kathodenzone (14) des ersten Leitungstyps, die selektiv in einem Oberflächenab schnitt der Anodenzone (13) ausgebildet ist,
eine Anode (15) auf der Anodenzone (13); und
eine mit der Emitterelektrode (8) des Hauptzellenteils (20) verbundene Kathode (16);
wobei das Verfahren den Schritt aufweist:
selektive Bestrahlung des Abschnitts der Halbleiterschicht (2, 3) zwischen dem Teil unter der Kanalzone (19) und dem Teil unter der Anodenzone (13) mit einem Korpuskularstrahl.

13. Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend den Schritt des Anordnens einer Metallmaske (52) zur Begrenzung des Strahlungsbereichs auf dem bipolaren Halbleiter-Bauele ment.