DE19849902A1 - Halbleiterbauelement - Google Patents

Halbleiterbauelement

Info

Publication number
DE19849902A1
DE19849902A1 DE19849902A DE19849902A DE19849902A1 DE 19849902 A1 DE19849902 A1 DE 19849902A1 DE 19849902 A DE19849902 A DE 19849902A DE 19849902 A DE19849902 A DE 19849902A DE 19849902 A1 DE19849902 A1 DE 19849902A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
region
base region
semiconductor component
compensation layers
component according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19849902A
Other languages
English (en)
Inventor
Roland Sittig
Detlef Nagel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE19849902A priority Critical patent/DE19849902A1/de
Priority to US09/830,535 priority patent/US6525374B1/en
Priority to EP99957954A priority patent/EP1138083A1/de
Priority to PCT/DE1999/003467 priority patent/WO2000026968A1/de
Publication of DE19849902A1 publication Critical patent/DE19849902A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861—Diodes
    • H01L29/8611—Planar PN junction diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
    • H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
    • H01L29/063—Reduced surface field [RESURF] pn-junction structures
    • H01L29/0634—Multiple reduced surface field (multi-RESURF) structures, e.g. double RESURF, charge compensation, cool, superjunction (SJ), 3D-RESURF, composite buffer (CB) structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/74—Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action
    • H01L29/7436—Lateral thyristors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/74—Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action
    • H01L29/744—Gate-turn-off devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861—Diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/111—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by at least three potential barriers, e.g. photothyristors
    • H01L31/1113—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by at least three potential barriers, e.g. photothyristors the device being a photothyristor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Thyristors (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem sich in einer lateralen Richtung (x) erstreckenden Basisbereich (3) von einem ersten Leitfähigkeitstyp (n) und zwei von zumindest von dem Basisbereich (3) in lateraler Richtung (x) getrennten Anschlußbereichen (1, 2) zum Anschluß an elektrische Kontakte (A, K). DOLLAR A Um kostengünstig und mit relativ geringem Aufwand ein Halbleiterbauelement zu schaffen, das hohe Sperrspannungen aufnehmen kann, sind Kompensationsschichten (6, 7) von einem dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten zweiten Leitfähigkeitstyp (p) vorgesehen, die sich in lateraler Richtung (x) erstrecken, wobei ihre laterale Länge größer ist als ihre vertikale Dicke.

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem sich in einer lateralen Richtung (x) erstreckenden niedrig dotierten Basisbereich von einem ersten Leitfähigkeitstyp und zwei von zumindest dem Basisbereich in lateraler Richtung getrennten An­ schlußbereichen zum Anschluß an elektrische Kontakte.
Derartige Halbleiterbauelemente werden insbesondere in der Lei­ stungselektronik zur Aufnahme von Sperrspannungen im Hochspan­ nungsbereich, das heißt kV-Bereich verwendet. Dabei dient die niedrig dotierte Basis, die insbesondere als n⁻-Basis ausgebildet wird, zur Aufnahme der Sperrspannungen. Die an den Kontakten anliegende Hochspannung verteilt sich entsprechend über das ge­ samte Halbleiterbauelement, wobei sich ein Verlauf hoher elek­ trischer Feldstärke im Basisbereich einstellt. Da sich die Span­ nung als Integral der elektrischen Feldstärke über die laterale Richtung ergibt und die zulässige Feldstärke im Halbleitermate­ rial, im allgemeinen Silizium, durch die betreffende Durchbruchfeldstärke begrenzt ist, werden derartige Bauelemente mit großer lateraler Erstreckung des Basisbereichs hergestellt.
Zum Erreichen möglichst hoher Durchbruchsspannungen ist eine möglichst geringe Steigung des Feldverlaufs der elektrischen Feldstärke und damit eine möglichst geringe Dotierung des Basis­ bereichs erforderlich. Die zulässige maximale Basisdotierung fällt dabei mit steigender Durchbruchsspannung. Mit Hinblick auf eine benötigte Höhenstrahlungsfestigkeit der Bauelemente sind diese dabei so zu dimensionieren, daß die maximal erreichte elek­ trische Feldstärke deutlich unterhalb der Durchbruchfeldstärke des verwendeten Halbleitermaterials liegt, wodurch die praktisch erreichbare Sperrspannung weiter abgesenkt wird. Eine weitere Verringerung der mit einer vorgegebenen Dotierung realisierbaren Sperrspannung ergibt sich bei einer sogenannten Punch-Through Dimensionierung zur Verbesserung des Durchlaßverhaltens, bei der die Basisweite der Bauelemente so gewählt ist, daß das elektri­ sche Feld bei höheren Sperrspannungen bis an den Kathodenemitter reicht. Eine Steigerung der zulässigen Sperrspannung ist somit nur durch die Verwendung von Halbleitermaterial mit geringerer Dotierung als das handelsübliche Ausgangsmaterial möglich, wobei ein derartiges geringer dotiertes Halbleitermaterial jedoch nicht kostengünstig hergestellt werden kann.
Somit lassen sich bei Verwendung handelsüblichen Ausgangsmateri- als, wie zum Beispiel Silizium mit einer minimalen Dotierung von etwa 5 × 1012 cm-3, Bauelemente mit Durchbruchspannungen bis ca. 10 kV herstellen. Höhere Sperrspannungen können nur durch eine Reihenschaltung mehrerer Bauelemente, wie zum Beispiel Stapel­ dioden, realisiert werden. Da im Durchlaß für jedes der in Reihe geschalteten Bauelemente mindestens die Diffusionsspannung er­ forderlich ist, weisen diese Bauelemente ein schlechtes Durch­ laßverhalten mit entsprechend hohem Spannungsabfall auf.
Die DE 43 09 764 C2 zeigt ein Bauelement, dessen Basis aus meh­ reren dünnen hintereinander angeordneten Schichten besteht, die abwechselnd p- bzw. n-dotiert sind. Der Dotierstoffgehalt in jeder einzelnen Schicht ist vom Betrag her gleich und so gering, daß sie schon bei sehr geringen Sperrspannungen vollständig aus­ geräumt sind. Hierzu ist entsprechend eine aufwendige Ausbildung von hintereinanderfolgenden Schichten sehr geringer Dicke mit relativ hoher Dotierung erforderlich, so daß die Herstellung aufwendig und kostenträchtig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauele­ ment mit geringem Aufwand und kostengünstig herstellen zu können und dennoch die Verwendung bei hohen Sperrspannungen zu ermögli­ chen.
Diese Aufgabe wird gelöst, indem Kompensationsschichten von ei­ nem dem Leitfähigkeitstyp des Basisbereichs entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp vorgesehen sind, die sich in lateraler Rich­ tung erstrecken, wobei ihre laterale Länge größer ist als ihre vertikale Dicke.
Die Kompensationsschichten können dabei auf der Außenseite des Basisbereichs oder auch innerhalb des Basisbereichs verlaufen. Dabei ist es grundsätzlich auch möglich, daß die Kompensations­ schichten sich nicht nur in lateraler Richtung erstrecken, son­ dern in ihrem Verlauf auch etwas in vertikaler Richtung.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, die Raumladung in dem Basisbereich durch im wesentlichen parallel hierzu verlaufende Schichten entgegengesetzter Dotierung zumindest teilweise zu kompensieren. Dabei können einzelne Abschnitte entlang der late­ ralen Richtung ausgebildet werden, bei denen diese Kompensation unterschiedlich groß ausfällt, wobei zum Teil auch eine voll­ ständige Kompensation erreicht werden kann oder eine Überkompen­ sation, bei der bei Integration über die vertikale Dicke ein höherer Dotierstoffgehalt der Kompensationsschichten vorliegt. Vorteilhafterweise ist in den Kompensationsschichten die Dotie­ rstoffkonzentration dabei geringer als diejenige Durchbruchsdo­ tierstoffkonzentration, die der Durchbruchsfeldstärke des ent­ sprechenden Halbleitermaterials entspricht. Das Halbleitermate­ rial kann dabei insbesondere das für Leistungshalbleiterbauele­ mente übliche Silizium mit einer Dotierung von 1012-1013, ins­ besondere 3 × 1012-1013 cm-3 verwendet werden. Somit können Halblei­ terbauelemente für Verwendungen vorzugsweise im Bereich 10-30 kV geschaffen werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeich­ nung an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1a eine Hochspannungsdiode mit Punch-Through- Dimensionierung als eine erste Ausführungs­ form der Erfindung;
Fig. 1b ein Diagramm des elektrischen Feldes in der Diode aus Fig. 1a;
Fig. 2a eine Hochspannungsdiode mit Non-Punch- Through-Dimensionierung als zweite Ausfüh­ rungsform der Erfindung;
Fig. 2b ein Diagramm des elektrischen Feldes inner­ halb der Diode aus Fig. 2a;
Fig. 3 eine Hochspannungsdiode als dritte Ausfüh­ rungsform der Erfindung;
Fig. 4 eine Hochspannungsdiode als vierte Ausfüh­ rungsform der Erfindung;
Fig. 5 einen lichtzündbaren Thyristor als fünfte Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6 einen Gate-Turn-Off-Thyristor als sechste Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 7 eine Photodiode als siebte Ausführungsform der Erfindung.
Eine Hochspannungsdiode weist gemäß Fig. 1a einen p⁺-leitenden Anodenbereich 1 und einen n⁺-leitenden Kathodenbereich 2 auf, die über einen niedrig dotierten n⁻-Basisbereich 3 in einer lateralen Richtung x voneinander getrennt sind. Die laterale Länge 1 des Basisbereichs 3 ist dabei größer als eine vertikale Dicke dB.
Erfindungsgemäß sind Kompensationsschichten 6 und 7 auf den Au­ ßenseiten des Basisbereichs 3 vorgesehen, die einen dem Ladungs­ trägertyp des Basisbereichs entgegengesetzten Ladungsträgertyp haben, hier also p-leitend sind. Die Dotierstoffkonzentration NA in den Kompensationsschichten 6, 7 ist dabei so gewählt, daß sie der Dotierstoffkonzentration in dem Basisbereich 3 zwischen den Kompensationsschichten entspricht oder etwas geringer ist. Fig. 1b zeigt den Verlauf der elektrischen Feldstärke in der Diode, bei dem sich die Raumladung der n⁻-Basis und die Raumladung der p-leitenden Kompensationsschichten 6, 7 bei entsprechender Inte­ gration über die z-Richtung kompensieren. Die Feldstärke fällt somit in dem Anodenbereich 1 auf einen Wert Em, bleibt über die laterale Länge 1 des Basisbereichs 3 konstant, da die Flächenla­ dungsdichte in x-Richtung ebenfalls konstant bleibt, und steigt im Kathodenbereich 2 wieder auf Null an. Der gesamte Spannungs­ abfall ergibt sich als Integral der Feldstärke E über die late­ rale Ausdehnung x. Aufgrund des flachen Verlaufs der elektrischen Feldstärke E über x kann die Feldstärke jederzeit geringer als eine Durchbruchsfeldstärke des verwendeten Silizium-Materials gewählt und dennoch ein großes Integral (Fläche unter der Kurve) erreicht werden. Diese Diode kann insbesondere in Punch-Through- Dimensionierung zur Verbesserung des Durchlaßverhaltens dimen­ sioniert werden, bei der die Basisweite so gewählt ist, daß das elektrische Feld bei höheren Sperrspannungen bis an den Katho­ denbereich 2 reicht.
Fig. 2 zeigt eine Hochspannungsdiode, bei der im Gegensatz zu Fig. 1 die Kompensationsschichten 6 und 7 in lateraler Richtung x verändert werden. Somit werden Abschnitte a, b und c in late­ raler Richtung hintereinander ausgebildet, bei denen unter­ schiedliche Dotierstoffkonzentrationen in den Schichten 7a, 7b, 7c, 6a, 6b, 6c vorliegen. In dem in Diagramm 2b gezeigten Bei­ spiel ist im Abschnitt a, das heißt im gesamten Volumen von 0 bis 1a die gesamte Dotierung der Kompensationsschichten 6a und 7a größer als die Dotierung des entsprechenden Abschnitts 3a des Basisbereichs, so daß die Feldstärke im Bereich 3a zur Kathode hin weiter abfällt. Im Abschnitt b (zwischen 1a und 1b) ist die gesamte Dotierung der Kompensationsschichten 6b und 7b gleich der Dotierung des Basisbereichs 3b, so daß die Feldstärke hier konstant bleibt; in Abschnitt c ist die gesamte Dotierung der Kompensationsschichten 6c und 7c kleiner als die gesamte Dotie­ rung des entsprechenden Abschnitts 3c des Basisbereichs; eventu­ ell können in diesem Abschnitt c die Kompensationsschichten 6c und 7c auch gar nicht dotiert sein. Gemäß Fig. 2b kann somit erreicht werden, daß die elektrische Feldstärke nicht bis zu dem Kathodenbereich 2 gelangt, so daß sich eine Hochspannungsdiode in Non-Punch-Through-Dimensionierung ergibt.
Somit ist es möglich, mit maximalen Feldstärken deutlich unter­ halb der Durchbruchfeldstärke des Halbleitermaterials - hier Silizium - Sperrspannungen zu erzielen, die nur noch vom Abstand zwischen Anode und Kathode abhängig sind und somit beträchtlich höher als die mit konventionellen Bauelementen erzielten Werte liegen können. Geht man zum Beispiel von einem Ausgangsmaterial mit einer Dotierung von 1013 cm-3 und einer Dicke von 200 µm aus, so läßt sich mit einer maximalen Feldstärke von etwa 60% der Durchbruchfeldstärke beim Abstand von 3 mm zwischen Anode und Kathode eine Sperrspannung von 30 kV erreichen.
Fig. 3 und 4 entsprechen den Fig. 1 und 2, wobei hier der Anodenbereich 1 und Kathodenbereich 2 sich nicht über die ganze vertikale Dicke des Basisbereichs 3 erstrecken. Somit liegen der Anodenbereich 1 und der Kathodenbereich 2 entweder auf gleicher vertikaler Höhe wie in Fig. 3 oder sie sind vertikal zueinander versetzt wie in Fig. 4.
In den gezeigten Beispielen der Fig. 1 bis 4 grenzen die Ano­ den- und Kathodenbereiche direkt an die Kompensationsschichten 6 und 7 an, es können jedoch auch Abstände dazwischen sein. An dem Anodenbereich 1 ist zur Kontaktierung ein Anodenanschluß 10 mit Anodenkontakt A, am Kathodenbereich 2 ein Kathodenanschluß 11 mit Kathodenkontakt K angebracht. Die laterale Länge des Basis­ bereichs 3 zwischen dem Anodenbereich 1 und Kathodenbereich 2 beträgt beispielsweise 2 mm, die laterale Länge des Anodenbe­ reichs 1 und Kathodenbereichs 2 jeweils 0,3 mm, die vertikale Breite des Basisbereichs 3 einschließlich der Kompensations­ schichten 6 und 7 beispielsweise 0,4 mm. Somit beträgt die late­ rale Länge des Basisbereichs 3 etwa das Fünffache seiner verti­ kalen Breite. Die Dotierung des Basisbereichs beträgt beispiels­ weise 3,5 × 1013 cm-3. Die p-leitenden Kompensationsschichten können beispielsweise auch durch Ionenimplantation ausgebildet werden und zeigen bezüglich der Dotierstoffkonzentration Konzen­ trationsverläufe mit einer Oberflächenkonzentration von 1017 cm-3 und einer Eindringtiefe von 0,31 µm, was einer Dotierstoffflä­ chenkonzentration von 7 × 1011 cm-2 pro Kompensationsschicht ent­ spricht. Bei der Eindringtiefe entsprechen sich somit die Dotierstoffflächenkonzentrationen des Basisbereichs und der Kom­ pensationsschichten und betragen jeweils 2 × 7 × 1011 cm-2, dabei kann die Eindringtiefe als vertikale Dicke d6, d7 der Kompensations­ schichten angesehen werden. Weiterhin können die Kompensations­ schichten auch epitaktisch mit entsprechender vertikaler Dicke aufgebracht werden.
Bei dem lichtzündbaren Thyristor gemäß Fig. 5 ist zwischen dem Kathodenbereich 2 und dem Basisbereich 3 zusätzlich ein p⁺-lei­ tender vierter Bereich 17 vorgesehen, der teilweise auch mit dem Kathodenanschluß 11 in Kontakt ist. Somit wird durch den Katho­ denbereich 2, den vierten Bereich 17, den Basisbereich 3 und den Anodenbereich 1 ein vierschichtiger Thyristor aufgebaut, wobei in einen Teil des Basisbereichs 3 über einen lichtdurchlässigen Verbindungsbereich 12 Licht einer LED 13 über deren dem Basisbe­ reich zugewandten Seitenfläche 14 eingestrahlt werden kann. Er­ findungsgemäß erstrecken sich dabei Kompensationsbereiche 6 und 7 zumindest über diesen Teil des Basisbereichs 3, der dem Licht ausgesetzt ist, so daß auch hier eine zumindest teilweise Kom­ pensation der Raumladungen des Basisbereichs 3 und der Kompensa­ tionsschichten 6 und 7 eintritt.
Bei dem Gate-Turn-Off-Thyristor gemäß Fig. 6 sind zwischen dem n⁺-leitenden Kathodenbereich 2 und dem als Anodenemitter ausge­ bildeten p-leitenden Anodenbereich 1, eine p-Basis 5, eine n⁻- Basis 3 und ein n⁺-Buffer 15 ausgebildet. Der Gateanschluß 9 mit Gatekontakt G ist über einen p⁺-leitenden Gatebereich 18 eben­ falls mit der p-Basis 5 verbunden. Erfindungsgemäß sind Kompen­ sationsschichten 8 aus p-leitendem Silizium als Streifen oder Kanäle außerhalb und/oder innerhalb der n⁻-Basis 3 in in der Zei­ chnung nach oben zeigender lateraler Richtung ausgebildet. Dabei erstrecken sich Streifen über die ganze Dicke des Halbleiterbau­ elements (y⁻Richtung), Kanäle sind von dem n⁻-Basisbereich umge­ ben. Somit lassen sich durch Ausbilden mehrerer Schichten höhere Ströme durch den Basisbereich 3 erreichen. Die laterale Er­ streckung der Kompensationsstrukturen beträgt zum Beispiel 2 µm, die Zellenbreite 300 µm, durch Anordnung mehrerer Zellen nebeneinander können große Flächen ausgebildet werden.
Die Kompensationsschichten 8 können dabei bis an den Bufferbe­ reich 15 heranreichen oder aber - je nach gewünschten Feldver­ lauf - vorher enden. Die Herstellung kann durch Ätzen von Nuten oder Kanälen und anschließende Dotierung, zum Beispiel durch Auffüllen mit dotiertem Poly-Silizium oder durch Diffusion er­ folgen. In Fig. 6 ist eine einzelne Strukturzelle dargestellt, die in laterale Richtung periodisch fortgesetzt werden kann, um zum Beispiel Bauelementflächen von 50 bis 70 cm2 zu erreichen.
Die Photodiode zur Erzeugung von Hochspannungspulsen gemäß Fig. 7 weist einen ähnlichen Aufbau wie die Diode aus Fig. 3 auf. Der einer äußeren Lichtstrahlung ausgesetzte Teil des Basisbe­ reichs 3 ist dabei entsprechend von Kompensationsschichten 6 und 7 umgeben, so daß auch hier eine vollständige oder teilsweise Kompensation der Raumladung des n⁻-leitenden Basisbereichs 3 und der p-leitenden Kompensationsschichten 6 und 7 erreicht sind. Diese Photodiode kann entsprechend auch mit vertikal zueinander versetztem Anodenbereich 1 und Kathodenbereich 2 gemäß Fig. 4 aufgebaut werden. Die Einkoppelung von Lichtsignalen kann über einen lichtdurchlässigen Verbindungsbereich 12 und einen Licht­ leiter 16 erfolgen. Das Bauelement ist vorzugsweise so zu dimen­ sionieren, daß die elektrische Feldstärke in der Raumladungszone bei anliegender Sperrspannung 60% bis 70% der Durchbruchsfeld­ stärke des Siliziums beträgt. Durch entsprechende Bestrahlung wird erreicht, daß im bestrahlten Raum der Raumladungszone eine hohe Konzentration freier Ladungsträger generiert wird. Diese Ladungsträger führen einen Strom, der in dem nicht bestrahlten Bereichen der Raumladungszone als Verschiebungsstrom fließt.
Dies führt zu einem Anstieg der Feldstärke im nicht beleuchteten Bereich der Raumladungszone, der schließlich bei Erreichen der Durchbruchfeldstärke eine starke Ionisation zur Folge hat. Die Diode wird dadurch schlagartig mit Ladungsträgern überschwemmt und leitend. Die Spannung über die Diode bricht fast vollständig zusammen. Da diese Vorgänge sehr schnell ablaufen, lassen sich an einer in Reihe geschalteten Last damit Spannungsanstiegsge­ schwindigkeiten von mehr als 100 kV/µs erreichen. Aufgrund der restlichen Spannung an der Diode fließen die erzeugten Ladungs­ träger ab, nach diesem Strompuls geht die Diode wieder in ihren Sperrzustand über.
Durch eine entsprechend großflächige Beleuchtung des Basisbe­ reichs und der Diode aus Fig. 7 lassen sich Zündzeiten im Nano­ sekundenbereich realisieren.
Bezugszeichenliste
1
Anodenbereich
2
Kathodenbereich
3
Basisbereich
5
zweiter Basisbereich
6
,
6
a, b, c Kompensationsschicht
7
,
7
a, b, c Kompensationsschicht
8
Kompensationsschicht
9
Gateanschluß
10
Anodenanschluß
11
Kathodenanschluß
12
lichtdurchlässiger Verbindungsbereich
13
LED
14
Seitenfläche der LED
15
Bufferbereich
16
Lichtleiter
17
vierter Bereich
18
Gatebereich
A Anodenkontakt
K Kathodenkontakt
G Gatekontakt
a, b, c Abschnitte des Halbleiterbauelements in lateraler Rich­ tung
E elektrische Feldstärke
x laterale Richtung
Z vertikale Richtung

Claims (22)

1. Halbleiterbauelement, insbesondere für Hochspannungsanwen­ dungen, mit einem sich in einer lateralen Richtung (x) er­ streckenden niedrig dotierten Basisbereich (3) von einem ersten Leitfähigkeitstyp (n) und zwei von zumindest dem Basisbereich (3) in lateraler Richtung (x) getrennten An­ schlußbereichen (1, 2) zum Anschluß an elektrische Kontakte (A, K), dadurch gekennzeichnet, daß Kompensationsschichten (6, 6a, 6b, 6c, 7, 7a, 7b, 7c, 8) von einem dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten zweiten Leitfähigkeitstyp (p) vorgesehen sind, die sich innerhalb oder außerhalb des Basisbereichs in lateraler Richtung (x) erstrecken, wobei ihre laterale Länge (lK) grö­ ßer ist als ihre vertikale Dicke (d6, d7).
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß eine laterale Länge (L) des Basisbereichs (3) größer als eine vertikale Dicke (d) des Basisbereichs ist.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in ersten Abschnitten (a) entlang der lateralen Richtung (x) die durch Integration der Dotier­ stoffkonzentration über die vertikale Dicke ermittelte Do­ tierstoffflächenkonzentration der Kompensationsschichten (6a, 7a) größer ist als die durch Integration der Dotier­ stoffkonzentration über die vertikale Dicke ermittelte Do­ tierstoffflächenkonzentration des Basisbereichs (3a).
4. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß in zweiten Abschnitten (b) ent­ lang der lateralen Richtung (x) die durch Integration der Dotierstoffkonzentration über die vertikale Dicke ermittel­ te Dotierstoffflächenkonzentration der Kompensationsschich­ ten (6b, 7b) der durch Integration der Dotier­ stoffkonzentration über die vertikale Dicke ermittelte Do­ tierstoffflächenkonzentration des Basisbereichs (3b) ent­ spricht.
5. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß in dritten Abschnitten (c) ent­ lang der lateralen Richtung (x) die durch Integration der Dotierstoffkonzentration über die vertikale Dicke ermittel­ te Dotierstoffflächenkonzentration der Kompensations­ schichten (6c, 7c) kleiner ist als die durch Integration der Dotierstoffkonzentration über die vertikale Dicke er­ mittelte Dotierstoffflächenkonzentration des Basisbereichs (3c).
6. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 3 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß es in lateraler Richtung (x) meh­ rere aufeinanderfolgende Abschnitte (a, b, c) mit unter­ schiedlicher Dotierstoffkonzentration der Kompensations­ schichten (6a, 6b, 6c; 7a, 7b, 7c) aufweist.
7. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Anschlußbereiche (1, 2) aus einem hochdotierten Halbleitermaterial bestehen.
8. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß in den Kompensationsschichten (6, 7) die durch Integration der Dotierstoffkonzentration über die vertikale Dicke ermittelte Dotierstoffflächenkonzentra­ tion (NA) geringer ist als eine der Durchbruchsfeldstärke des Halbleitermaterials entsprechende Durchbruchsdotier­ stofflächenkonzentration.
9. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß das Basismaterial n-leitendes Silizium ist, vorzugsweise mit einer Dotierstoffkonzentra­ tion von 1012 bis 5 × 1014, vorzugsweise 4 × 1012 bis 4 × 1014, ins­ besondere 8 × 1012 bis 1014 cm-3.
10. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kompensationsschichten (6, 6a, 6b, 6c, 7, 7a, 7b, 7c) auf den Außenflächen des Basis­ bereichs (3) ausgebildet sind.
11. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kompensationsschichten (8) innerhalb des Basisbereichs angeordnet sind und vorzugswei­ se den Basisbereich (3) in mehrere Teilbereiche untertei­ len.
12. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußbereiche ein Ano­ denbereich (1) aus p⁺-leitenden Halbleitermaterial und einen Kathodenbereich (2) aus n⁺-leitendem Halbleitermaterial sind.
13. Halbleiterbauelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß der Anodenbereich (1) und/oder der Kathodenbereich (2) an die Kompensationsschichten (6, 7) angrenzen.
14. Halbleiterbauelement nach Anspruch 12 oder 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich der Anodenbereich (1) und/oder der Kathodenbereich (2) nur teilweise über die vertikale Dicke des Basisbereichs (3) erstrecken.
15. Halbleiterbauelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß der Anodenbereich (1) und der Kathodenbereich (2) auf gleicher vertikaler Höhe angeordnet sind.
16. Halbleiterbauelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß der Anodenbereich (1) und der Kathodenbereich (2) vertikal zueinander versetzt angeordnet sind.
17. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß es als Diode, vorzugsweise Hochspannungsdiode ausgebildet ist.
18. Halbleiterbauelement nach Anspruch 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es als Photodiode ausgebildet ist, wobei in einem einer Lichtstrahlung aussetzbaren Teil des Basis­ bereichs (3) Kompensationsschichten (6, 7) vorgesehen sind.
19. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß es als Thyristor ausgebildet ist, wobei zwischen dem n⁺-leitenden Kathodenbereich (2) und dem n-leitenden Basisbereich (3) ein p-leitender vierter Bereich (5, 17) ausgebildet ist.
20. Halbleiterbauelement nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich­ net, daß es als lichtzündbarer Thyristor ausgebildet ist, wobei ein einem Lichtstrahl aussetzbarer Teil des Basisbe­ reichs (3) Kompensationsschichten (6, 7) aufweist.
21. Halbleiterbauelement nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich­ net, daß es als Thyristortriode ausgebildet ist, wobei der p-leitende vierte Bereich als zweiter Basisbereich (5) aus­ gebildet ist und ein Gatebereich (18) aus p⁺-leitenden Halb­ leitermaterial zum Anschluß an einen Gatekontakt (G) an den zweiten Basisbereich (5) angrenzt.
22. Halbleiterbauelement nach Anspruch 21, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen dem Basisbereich (4) und dem Anodenbe­ reich (1) ein n⁺-leitender Bufferbereich ausgebildet ist.
DE19849902A 1998-10-29 1998-10-29 Halbleiterbauelement Withdrawn DE19849902A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19849902A DE19849902A1 (de) 1998-10-29 1998-10-29 Halbleiterbauelement
US09/830,535 US6525374B1 (en) 1998-10-29 1999-10-29 Semiconductor component with a high breakdown voltage
EP99957954A EP1138083A1 (de) 1998-10-29 1999-10-29 Halbleiterbauelement mit hoher durchbruchspannung
PCT/DE1999/003467 WO2000026968A1 (de) 1998-10-29 1999-10-29 Halbleiterbauelement mit hoher durchbruchsspannung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19849902A DE19849902A1 (de) 1998-10-29 1998-10-29 Halbleiterbauelement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE19849902A1 true DE19849902A1 (de) 2000-05-11

Family

ID=7886063

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19849902A Withdrawn DE19849902A1 (de) 1998-10-29 1998-10-29 Halbleiterbauelement

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6525374B1 (de)
EP (1) EP1138083A1 (de)
DE (1) DE19849902A1 (de)
WO (1) WO2000026968A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014107287A1 (de) * 2014-05-23 2015-11-26 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung und Verfahren zur Überbrückung eines elektrischen Energiespeichers

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10049861A1 (de) * 2000-10-09 2002-04-18 Infineon Technologies Ag Kompensations-Halbleiterbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung
AUPR174800A0 (en) 2000-11-29 2000-12-21 Australian National University, The Semiconductor processing
KR20040068928A (ko) * 2001-11-29 2004-08-02 오리진 에너지 솔라 피티와이 리미티드 반도체 가공 방법
US20120326260A1 (en) * 2011-06-21 2012-12-27 William French Photodiode that incorporates a charge balanced set of alternating n and p doped semiconductor regions

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19604043A1 (de) * 1996-02-05 1997-08-07 Siemens Ag Durch Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement
EP0818825A1 (de) * 1996-07-12 1998-01-14 STMicroelectronics S.A. Monolithische Montage von Thyristoren mit gemeinsamer Kathode

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1614440A1 (de) 1967-03-08 1970-07-16 Siemens Ag Thyristor
US4797720A (en) 1981-07-29 1989-01-10 American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories Controlled breakover bidirectional semiconductor switch
DE4309764C2 (de) 1993-03-25 1997-01-30 Siemens Ag Leistungs-MOSFET
US6097063A (en) * 1996-01-22 2000-08-01 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device having a plurality of parallel drift regions
US6207994B1 (en) * 1996-11-05 2001-03-27 Power Integrations, Inc. High-voltage transistor with multi-layer conduction region

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19604043A1 (de) * 1996-02-05 1997-08-07 Siemens Ag Durch Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement
EP0818825A1 (de) * 1996-07-12 1998-01-14 STMicroelectronics S.A. Monolithische Montage von Thyristoren mit gemeinsamer Kathode

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014107287A1 (de) * 2014-05-23 2015-11-26 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung und Verfahren zur Überbrückung eines elektrischen Energiespeichers
US10186734B2 (en) 2014-05-23 2019-01-22 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Device and method for bridging an electrical energy storage

Also Published As

Publication number Publication date
US6525374B1 (en) 2003-02-25
EP1138083A1 (de) 2001-10-04
WO2000026968A1 (de) 2000-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2940699C2 (de) MOSFET-Anordnung, insbesondere Leistungs-MOSFET-Anordnung
DE2611338C3 (de) Feldeffekttransistor mit sehr kurzer Kanallange
DE102010000531B4 (de) Halbleiterbauelement, elektronische Komponente und Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements
DE102007057728B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einer Kurzschlusstruktur
DE102012204420A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE102008023316A1 (de) Halbleitereinrichtung
EP1719184B1 (de) Hochvolt-pmos-transistor
EP0939446A1 (de) Durch Feldeffekt steuerbares Leistungshalbleiterbauelement
DE2919522A1 (de) Ladungsuebertragungs-bauelement
DE102004022455B4 (de) Bipolartransistor mit isolierter Steuerelektrode
CH698382B1 (de) Halbleitervorrichtung.
DE4309764A1 (de) Leistungs-MOSFET
DE102015204636A1 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE112013002352T5 (de) Halbleitervorrichtung
DE4040993A1 (de) Halbleiterbauelement und herstellungsverfahren dafuer
DE69302244T2 (de) Halbleiter-Schutzkomponente
DE2511281C2 (de) Fotothyristor
DE10240107B4 (de) Randabschluss für Leistungshalbleiterbauelement und für Diode sowie Verfahren zur Herstellung einer n-leitenden Zone für einen solchen Randabschluss
DE2300116B2 (de) Hochfrequenz-Feldeffekttransistor mit isolierter Gate-Elektrode für Breitbandbetrieb
DE19947020A1 (de) Kompensationsbauelement mit variabler Ladungsbilanz
DE19630341B4 (de) Halbleitereinrichtung mit hoher Durchbruchsspannung
DE2842526A1 (de) Bipolarer transistor
DE2922301C2 (de) Lichtsteuerbarer Thyristor und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102006046844B4 (de) Leistungshalbleiterbauelement mit Feldstoppzone und Verfahren zur Herstellung eines solchen Leistungshalbleiterbauelements
DE69223390T2 (de) Statischer Induktionsthyristor mit MOS

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: INFINEON TECHNOLOGIES AG, 81669 MUENCHEN, DE

8181 Inventor (new situation)

Free format text: SITTIG, ROLAND, PROF. DR.PHIL.NAT., 38106 BRAUNSCHWEIG, DE NAGEL, DETLEF, DR.-ING., 01277 DRESDEN, DE

8139 Disposal/non-payment of the annual fee