WO2003103059A1 - Hochvoltdiode mit optimiertem abschaltverfahren und entsprechendes optimierverfahren - Google Patents

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WO2003103059A1
WO2003103059A1 PCT/DE2003/001725 DE0301725W WO03103059A1 WO 2003103059 A1 WO2003103059 A1 WO 2003103059A1 DE 0301725 W DE0301725 W DE 0301725W WO 03103059 A1 WO03103059 A1 WO 03103059A1
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anode
charge carrier
cathode
voltage diode
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Veli Kartal
Hans-Joachim Schulze
Anton Mauder
Elmar Falck
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Infineon Technologies Ag
eupec Europäische Gesellschaft für Leistungshalbleiter mbH
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    • H01L29/861—Diodes
    • H01L29/8611—Planar PN junction diodes

Definitions

  • the invention relates to a high-voltage diode according to the preamble of claim 1 and a method for optimizing its switch-off behavior.
  • a high-voltage diode of this type is known for example from DE 100 31 461.9 A.
  • FIG. 1 shows schematically the structure of the known high-voltage diode in the form of a central cross section.
  • a high-voltage diode consists of a silicon body. Instead of silicon, another suitable semiconductor material, such as SiC etc., can also be selected.
  • the ⁇ ilizium republic has a n ⁇ -type drift region 1, a p-type region 2, the n-type to the drift region forms a pn junction 3, a p + -type anode emitter 4, an n-type region 5 and a formed therein n + -conducting cathode emitter 6.
  • the anode emitter 4 is provided with an anode metallization 7.
  • the cathode emitter 6 is provided with a cathode metallization 8 on the rear side R of the component.
  • Known contact materials such as aluminum, AlSi etc. can be selected for these metallizations. It should be mentioned that the dimensions of the known high-voltage diode shown in FIG. 1 serve only for explanation and do not reflect the real conditions. Up to now, the procedure for optimizing the switch-off behavior of a high-voltage diode has been such that only the charge carrier life in the p + -conducting anode emitter has been reduced.
  • FIG. 2 shows a simulation of the resulting ratios of the doping concentration (curve A) and the defect concentration (curve B) of a high-voltage diode influenced in this way, namely over the depth y from the front side V here where y with the top side of the p + Anode emitter begins.
  • FIG. 2 shows that in the p + anode emitter there is a strong local increase in the defect concentration (curve B) at a depth y between 15 and 18 ⁇ m from its top, which locally reduces the charge carrier life ( ⁇ ) there.
  • the invention proposes, instead of a lowering of the charge carrier lifetime from the p + anode emitter side, either only a rearward lowering from the n + cathode emitter or a two-sided reduction in the charge carrier lifetime, that is to say from the p + anode emitter and from the n + cathode emitter.
  • the procedure is such that in the case of a heavily doped anode emitter, the charge carrier life is locally relatively strongly reduced, while in the case of a weakly doped anode emitter, the charge carrier life ⁇ is reduced locally weakly or not at all.
  • the areas unaffected by the lowering of the carrier lifetime should generally have a long carrier lifetime.
  • the charge carrier lifetime X is preferably reduced by irradiation with a specific dose and to a specific depth of the cathode emitter or the cathode emitter and the anode emitter towards the end of the wafer processing at a relatively low temperature.
  • the radiation is carried out with light ions, preferably with helium ions ( ⁇ -rays).
  • Fig. 2 graphically simulation curves to explain the approach to local already discussed
  • Fig. 5 graphically current curves, i.e. the current density when a high-voltage diode is switched off, the charge carrier life of which has in each case been reduced using a method according to FIGS. 2, 3 and 4;
  • FIGS. 2, 3 and 4 graphically voltage waveforms when switching off a high-voltage diode, the charge carrier life has each been reduced with a method according to FIGS. 2, 3 and 4 and
  • FIG. 7 graphically shows the shutdown loss work of a high-voltage diode in the case of the ones previously shown in FIGS
  • FIG. 1 The following description is based, for example, on the structure of a high-voltage diode shown in FIG. 1 and already discussed.
  • the dimensions shown in FIG. 1, in particular the thicknesses of the respective zones and areas, are not to scale and are only used for explanation.
  • the height of the reverse current peak is set by the local and targeted reduction of the charge carrier lifetime t from the p + anode emitter side (curve B1) (cf. FIG. 5).
  • the lowering of the charge carrier lifetime from the n + cathode emitter side is used to control the degradation of the charge carriers when clearing drift zone 1.
  • FIG. 4 uses simulation results to illustrate the doping and defect concentration profiles (curves A and B2) with only n + cathode emitter-side irradiation and thus the second measure proposed according to the invention in order to enable the soft recovery behavior of the component without doing so Passage and switching losses increase.
  • This proposed method consists in carrying out the lifetime of the charge carriers locally instead of from the p + anode emitter side (cf. FIG. 2) only from the n + cathode emitter side.
  • the desired soft recovery behavior of the high-voltage diode can be set by the range of the radiation and / or the choice of the dose.
  • curve 6 shows, with the curves II, III and IV, simulation results of the voltage profiles when the high-voltage diode is switched off using the two irradiation techniques according to the invention (curves III and IV) in comparison with the known irradiation for reducing the charge carrier lifetime ⁇ only from the side of the p + - Anode emitters (curve II) again.
  • FIG. 7 shows a comparison of the three methods, ie the two methods proposed according to the invention and the method customary in the prior art, based on the shutdown loss work W off of the high-voltage diode.
  • the square dot labeled II indicates the shutdown loss work of a high-voltage diode treated according to the prior art.
  • the points denoted by III and IV indicate the turn-off loss work W off of a high-voltage diode treated with the two alternative methods according to the invention with regard to the carrier lifetime.
  • the comparison of the known and the two methods according to the invention illustrated in FIGS. 5 to 7 shows that the best result between the soft recovery behavior, the forward voltage drop and the switch-off loss work can be achieved by the back radiation (FIGS. 4 and 7). 5 to 7, curves IV).
  • the lowest reverse current and voltage peak can be achieved by setting the charge carrier lifetime ⁇ on both sides (Fig. 3 and Fig. 5 - 7, curves III).
  • the strength of the local lifetime reduction to be targeted on the p + anode emitter side results from the doping profile of this p + anode emitter; that is, in the case of a strong, highly doped anode emitter, a relatively strong local decrease in the charge carrier life is desirable.
  • a weakly doped p + anode emitter in the extreme case on the side of the p + anode emitter, no local reduction in the charge carrier life ⁇ is required at all, since only relatively few free charge carriers are injected from this emitter.
  • Position of the lowering of the carrier lifetime ⁇ and the n + cathode emitter stores the flood charge, which leads to the soft recovery behavior of the high-voltage diode. This is the difference to, for example, PT / IGBT structures, where the reduction in the charge carrier lifetime ⁇ should be as close as possible to the rear side emitter in order to achieve the lowest possible storage and flood charge.
  • a so-called Kleinman diode which is a diode with a horizontal, constant charge carrier profile in the event of transmission, provides the cheapest trade-off between transmission behavior and the total diode-induced switching losses.
  • the small-man diode structure has a very rough switching behavior.
  • the current stall is undesirable in many applications because the high overvoltage of leakage inductances due to the high di / dt to destroy the Components or at least lead to unfavorable EMC behavior.
  • the invention makes it possible, the switching losses targeted manner in favor of a softer switching behavior to raised stabili ⁇ hen.
  • the most moderate increase in switching losses is achieved by introducing a local reduction in the charge carrier life ⁇ in the field stop zone at or shortly before the point that the electric field reaches at the maximum DC link voltage.
  • the rear side emitter ie the n + cathode emitter, is deliberately designed to be stronger than in the case of a Kleinman diode.
  • the field stop zone itself is doped comparatively low and is clearly below 10 16 / cm 3 .
  • the total field stop dose is approximately at or slightly above the breakthrough charge.
  • the electric field thus reaches far into the field stop zone, and the build-up of the space charge zone and thus the voltage rise on the chip is slowed down by clearing the flood charge. It is possible to carry out the field stop with low doping here because it does not have to act as an "emitter brake" as in other cases.
  • the n + cathode emitter is specifically set using other techniques, such as the choice of the implantation dose.
  • the methods according to the invention for reducing the charge carrier lifetime ⁇ offer the possibility of adapting diodes to different customer requirements (soft or hard switching off, reverse current peak, switching losses) without intervening in the production technology. This enables great flexibility in the implementation of high-voltage diodes.

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Abstract

Durch die Erfindung wird eine Hochvoltdiode mit einem gezielt optimierten Abschaltverhalten realisiert. Durch eine Bestrahlung entweder nur von der Seite des n+-leitenden Kathodenemitters (6) oder von beiden Seiten, d.h. von der Seite des n+-leitenden Kathodenemitters (6) und von der Seite des p+-leitenden Anodenemitters (4) lässt sich durch eine gezielte Lebensdauereinstellung der Ladungsträger ein Soft-Recovery-Verhalten des Bauelements erzielen, ohne dabei die Durchlassverluste zu erhöhen.

Description

Beschreibung
Hochvoltdiode mit optimiertem Abschaltverfahren und entspre¬ chendes Optimierverfahren
Die Erfindung betrifft eine Hochvoltdiode nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Optimierung ihres Abschaltverhaltens. Eine Hochvoltdiode dieser Art ist zum Beispiel aus DE 100 31 461.9 A bekannt.
Bei derartigen, häufig als Freilaufdioden eingesetzten, Hochvoltdioden ist ein weiches Abschaltverhalten gewünscht, damit das sogenannte „Abreißen" des Bauelements während des Abschaltvorgangs vermieden wird, da dieser Effekt eine Zer- Störung des Leistungshalbleiters mit sich bringen kann. Das Abreißen des Bauelements wird bis heute entweder durch eine ausreichend groß gewählte Dicke des Bauelements und/oder durch eine anodenseitige lokale Lebensdauereinstellung vermieden.
Die beiliegende Fig. 1 zeigt schematisch die Struktur der bekannten Hochvoltdiode in Form eines mittigen Querschnitts. Eine derartige Hochvoltdiode besteht aus einem Siliziumkörper. Anstelle von Silizium kann auch ein anderes geeignetes Halbleitermaterial, wie z.B. SiC usw. gewählt werden. Der Ξiliziumkörper weist eine n~-leitende Driftzone 1, eine p- leitende Zone 2, die mit der n-leitenden Driftzone einen pn- Übergang 3 bildet, einen p+-leitenden Anodenemitter 4, eine n-leitende Zone 5 und einen darin ausgebildeten n+-leitenden Kathodenemitter 6 auf. Auf der Vorderseite V ist der Anodenemitter 4 mit einer Anodenmetallisierung 7 versehen. Auf der Rückseite R des Bauelements ist der Kathodenemitter 6 mit einer Kathodenmetallisierung 8 versehen. Für diese Metallisierungen können bekannte Kontaktwerkstoffe wie z.B. Alumi- nium, AlSi usw. gewählt werden. Es ist zu erwähnen, dass die Abmessungen der in Fig. 1 gezeigten bekannten Hochvoltdiode lediglich zur Erläuterung dienen nicht die echten Verhältnisse wiedergeben. Bislang ist man zur Optimierung des Abschaltverhaltens einer Hochvoltdiode so vorgegangen, dass man ausschließlich die Ladungsträgerlebensdauer im p+-leitenden Anodenemitter abge- senkt hat. Fig. 2 stellt eine Simulation der sich dabei ergebenden Verhältnisse der Dotierungskonzentration (Kurve A) und der Defektkonzentration (Kurve B) einer derart beein- flussten Hochvoltdiode dar und zwar über die Tiefe y von der Vorderseite V hier wobei y mit der Oberseite des p+-Anoden- emitters beginnt. Fig. 2 zeigt, dass das im p+-Anodenemitter etwa in einer Tiefe y zwischen 15 und 18 μm von dessen Oberseite eine starke lokale Erhöhung der Defektkonzentration (Kurve B) auftritt, was dort lokal die Ladungsträgerlebensdauer (τ) reduziert.
Bei derartigen Hochvoltdioden muss immer ein Kompromiss zwischen dem "Soft-Recovery-Verhalten" des Bauelementes, den Schaltverlusten und dem Durchlassspannungsabfall bzw. der Durchlassverluste gefunden werden. Dieser Forderung trägt das anhand der Fig. 2 erläuterte bekannte Verfahren zur Optimierung des Abschaltverfahrens nicht Rechnung, da es zwar ein weiches Abschaltverhalten erzielt, dieses jedoch mit einem höheren Durchlassspannungsabfall bzw. einer erhöhten Durchlassverlustleistung erkauft .
Es ist Aufgabe dieser Erfindung, eine gattungsgemäße Hochvoltdiode so zu optimieren, dass sie einerseits eine möglichst geringe Bauelementdicke hat, um die im Betrieb auftretenden Leistungsverluste so gering wie möglich zu halten und dass sie andererseits beim Abschalten ein weiches "Soft- Recovery"-Verhalten aufweist, so dass das Abreißen des Bauelements und die Gefahr seiner Zerstörung vermieden sind.
Diese Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.
Die Erfindung schlägt vor, anstatt einer Absenkung der Ladungsträgerlebensdauer von der p+-Anodenemitterseite entweder nur eine rückseitige Absenkung vom n+-Kathodenemitter oder eine zweiseitige Absenkung der Ladungsträgerlebensdauer, das heißt vom p+-Anodenemitter und vom n+-Kathodenemitter vorzunehmen.
Dadurch wird ein Soft-Recovery-Verhalten der Hochvoltdiode ermöglicht, ohne die Durchlassverluste unerwünscht zu erhöhen.
Dabei wird so vorgegangen, dass bei einem stark dotierten Anodenemitter die Ladungsträgerlebensdauer darin lokal relativ stark abgesenkt wird, während bei einem schwach dotierten Anodenemitter die Ladungsträgerlebensdauer τ darin lokal schwach oder gar nicht abgesenkt wird. Die von der Ladungsträgerlebensdauerabsenkung unbeeinflussten Gebiete sollen im Allgemeinen eine hohe Ladungsträgerlebensdauer aufweisen.
Bevorzugt erfolgt die Absenkung der Ladungsträgerlebensdauer X durch eine Bestrahlung mit einer bestimmten Dosis und bis in eine bestimmte Tiefe des Kathodenemitters oder des Katho- denemitters und des Anodenemitters gegen Ende der Waferpro- zessierung bei einer relativ niedrigen Temperatur. Die Bestrahlung wird mit leichten Ionen, bevorzugt mit Heliumionen (α-Strahlen) ausgeführt.
Die nachstehende Beschreibung beschreibt Bezug nehmend auf die Zeichnung zwei alternative Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Hochvoltdiode und des zur Optimierung ihres Abschaltverhaltens eingesetzten Verfahrens. Die Zeichnungsfiguren zeigen im Einzelnen:
Fig. 1 im Querschnitt die bereits besprochene Struktur einer bekannten Hochvoltdiode;
Fig. 2 graphisch Simulationskurven zur Erläuterung der bereits besprochenen Vorgehensweise zur lokalen
Absenkung der Ladungsträgerlebensdauer τ ausschließlich von der Seite des p+-Anodenemitters; Fig. 3 graphisch Simulationskurven der Ergebnisse eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Hochvoltdiode, wenn die Ladungsträgerlebensdauer τ von beiden Seiten der Hochvoltdiode abge- senkt ist;
Fig. 4 eine Simulation des Dotierungs- und Defektkonzentrationsverlaufs bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Ladungs- trägerlebensdauer ausschließlich vom rückseitigen
Kathodenemitter abgesenkt ist;
Fig. 5 graphisch Stromverläufe, d.h. die Stromdichte beim Abschalten einer Hochvoltdiode, deren La- dungsträgerlebensdauer jeweils mit einem Verfahren gemäß den Fig. 2, 3 und 4 abgesenkt worden ist;
Fig. 6 graphisch Spannungsverläufe beim Abschalten einer Hochvoltdiode, deren Ladungsträgerlebensdauer jeweils mit einem Verfahren gemäß den Fig. 2, 3 und 4 abgesenkt worden ist und
Fig. 7 graphisch die Abschaltverlustarbeit einer Hoch- voltdiode bei der mit den zuvor in den Fig. 2 bis
4 gezeigten Verfahren die Ladungsträgerlebensdauer abgesenkt worden ist.
Der nachfolgenden Beschreibung liegt beispielhaft die in Fig. 1 gezeigte und bereits besprochene Struktur einer Hochvoltdiode zugrunde. Die in Fig. 1 gezeigten Abmessungen, insbesondere die Dicken der jeweiligen Zonen und Bereiche sind nicht maßstäblich und dienen nur der Erläuterung.
Fig. 3 zeigt graphisch mit der ausgezogenen Kurve A Simulationsergebnisse des Dotierungskonzentrationsverlaufs und mit den gestrichelt gezeichneten Kurven Bl und B2 des Defektkonzentrationsverlaufs einer erfindungsgemäßen Hochvoltdiode. Es ist deutlich, dass bei dieser Absenkung der Ladungsträ¬ gerlebensdauer τ von beiden Seiten, d.h. von der Vorderseite V, das heißt die von der Oberseite des p+-Anodenemitters 4 und von der Rückseite R, das heißt von der Oberseite des n+- Kathodenemitters 6 jeweils in einer Tiefe zwischen etwa 15 und 18 μm von der Vorderseite V und zwischen etwa 70 und 80 μm von der Vorderseite V lokal eine starke Erhöhung der Defektkonzentration erzielt ist.
Durch die lokale und gezielte Absenkung der Ladungsträgerlebensdauer t von der p+-Anodenemitterseite (Kurve Bl) wird die Höhe der Rückstromspitze eingestellt (vgl. Fig. 5). Die Absenkung der Ladungsträgerlebensdauer von der n+-Kathoden- emitterseite wird eingesetzt, um den Abbau der Ladungsträger beim Ausräumen der Driftzone 1 zu kontrollieren.
Die in Fig. 3 veranschaulichte Kombination beider Maßnahmen zur Absenkung der Ladungsträgerlebensdauer τ macht es möglich, einerseits eine geringe Rückstromspitze zu erreichen und andererseits ein weiches Abschalten des Bauelementes zu gewährleisten (vgl. Fig. 5, Kurve III). Dies bewirkt eine geringere induzierte Spannung, die aufgrund der parasitären Induktivität entsteht (vgl. Fig. 6, Kurve III).
Fig. 4 veranschaulicht anhand von Simulationsergebnissen die Dotierungs- und Defektkonzentrationsverläufe (Kurven A und B2) bei ausschließlich n+-kathodenemitterseitiger Bestrahlung und damit die zweite erfindungsgemäß vorgeschlagene Maßnahme, um das Soft-Recovery-Verhalten des Bauelements zu ermög- liehen, ohne dabei die Durchlass- und Schaltverluste zu erhöhen. Dieses vorgeschlagene Verfahren besteht darin, die Lebensdauer der Ladungsträger lokal anstatt von der p+- Anodenemitterseite (vgl. Fig. 2) nur von der n+- Kathodenemitterseite vorzunehmen. Durch die Reichweite der Bestrahlung und/oder die Wahl der Dosis lässt sich das gewünschte Soft-Recovery-Verhalten der Hochvoltdiode einstellen. Fig. 5 zeigt graphisch eine Simulation der Verläufe der Stromdichte Jpin über der Zeit t beim Abschalten der Hochvoltdiode mit den zuvor beschriebenen unterschiedlichen Bestrahlungstechniken, und zwar die Kurve II das bereits an- hand der Fig. 2 erläuterte bekannte Verfahren, bei dem lediglich von der Seite des p+-Anodenemitters 4 die Ladungsträgerlebensdauer abgesenkt wird, die Kurve III die erste Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens, die anhand der Fig. 3 erläutert worden ist, bei der die Ladungsträgerle- bensdauer von beiden Seiten, d.h. von Seiten des p+-
Anodenemitters und von Seiten des n+-Kathodenemitters abgesenkt wird und die Kurve IV schließlich die zweite anhand der Fig. 4 beschriebene Alternative, bei der die Ladungsträ- gerlebensdauer τ lediglich von der n+-Kathodenemitterseite abgesenkt wird.
Die Fig. 6 gibt mit den Kurven II, III und IV Simulationsergebnisse der Spannungsverläufe beim Abschalten der Hochvoltdiode mit den zwei erfindungsgemäßen Bestrahlungstechniken (Kurven III und IV) im Vergleich mit der bekannten Bestrahlung zur Absenkung der Ladungsträgerlebensdauer τ lediglich von der Seite des p+-Anodenemitters (Kurve II) wieder.
Fig. 7 schließlich zeigt einen Vergleich der drei Verfah- rensweisen, d.h. der beiden erfindungsgemäß vorgeschlagenen und der im Stand der Technik üblichen Verfahrensweise anhand der Abschaltverlustarbeit Woff der Hochvoltdiode. Der mit II bezeichnete quadratische Punkt gibt die Abschaltverlustarbeit einer gemäß dem Stand der Technik behandelten Hochvolt- diode an. Die mit III und IV bezeichneten Punkte geben die Abschaltverlustarbeit Woff einer mit den beiden alternativen Verfahrensweisen gemäß der Erfindung hinsichtlich der Ladungsträgerlebensdauer behandelten Hochvoltdiode an. Der in den Fig. 5 bis 7 veranschaulichte Vergleich der bekannten und der beiden erfindungsgemäßen Verfahrensweise zeigt, dass das beste Ergebnis zwischen dem Soft-Recovery-Verhalten, dem Durchlassspannungsabfall und der Abschaltverlustarbeit durch die rückseitige Bestrahlung zu erzielen ist (Fig. 4 und Fig. 5 bis 7, Kurven IV) . Die geringste Rückstrom- und Spannungsspitze lässt sich durch die beidseitige Einstellung der Ladungsträgerlebensdauer τ erzielen (Fig. 3 und Fig. 5 - 7, Kurven III) .
Die anzuzielende Stärke der lokalen Lebensdauerabsenkung auf der p+-Anodenemitterseite ergibt sich aus dem Dotierungsprofil dieses p+-Anodenemitters; das heißt, im Falle eines starken, hochdotierten Anodenemitters ist eine relativ starke lokale Absenkung der Ladungsträgerlebensdauer wünschenswert. Im Falle eines schwach dotierten p+-Anodenemitters ist im Extremfall auf der Seite des p+-Anodenemitters überhaupt keine lokale Absenkung der Ladungsträgerlebensdauer τ erforderlich, da nur relativ wenige freie Ladungsträger von diesem Emitter injiziert werden.
Entscheidend für die Absenkung der Ladungsträgerlebensdauer auf der Seite des n-Kathodenemitters ist, dass sie im Feldstopp und einem deutlichen gewissen Abstand vom n+- Kathodenemitter erfolgt. Das Siliziumvolumen zwischen der
Position der Absenkung der Ladungsträgerlebensdauer τ und dem n+-Kathodenemitter speichert die Überschwemmungsladung, die zum Soft-Recovery-Verhalten der Hochvoltdiode führt. Damit ist der Unterschied zu beispielsweise PT/IGBT-Strukturen be- gründet, wo die Absenkung der Ladungsträgerlebensdauer τ möglichst knapp vor dem Rückseitenemitter liegen soll, um eine möglichst geringe Speicher- und Überschwemmungsladung zu erzielen.
Generell liefert eine so genannte Kleinmanndiode, das ist eine Diode mit waagrechtem konstantem Ladungsträgerprofil im Durchlassfall den günstigsten Trade-Off zwischen Durchlassverhalten und den gesamten diodeninduzierten Schaltverlusten. Die Kleinmanndiodenstruktur hat aber ein sehr ruppiges Schaltverhalten. Der Stromabriss ist, wie erwähnt, in vielen Applikationen unerwünscht, weil die hohe Überspannung an Streuinduktivitäten durch das hohe di/dt zur Zerstörung der Bauelemente oder zumindest zu ungünstigem EMV-Verhalten führen kann.
Durch die Erfindung ist es möglich, die Schaltverluste ge- zielt zu Gunsten eines sanfteren Schaltverhaltens zu erhö¬ hen. Die maßvollste Erhöhung der Schaltverluste erreicht man, indem in der Feldstoppzone etwa an oder kurz vor der Stelle, die das elektrische Feld bei maximaler Zwischen- kreisspannung erreicht, eine lokale Absenkung der Ladungs- trägerlebensdauer τ eingeführt wird. Der Rückseitenemitter, d.h. der n+-Kathodenemitter, ist gezielt stärker ausgeführt als bei einer Kleinmanndiode. Die Dotierung der Feldstoppzone selbst ist vergleichsweise niedrig ausgeführt und liegt deutlich unter 1016/cm3. Die gesamte Feldstoppdosis liegt et- wa bei der Durchbruchladung oder etwas darüber. Somit greift das elektrische Feld weit in die Feldstoppzone, und der Aufbau der Raumladungszone und damit der Spannungsanstieg am Chip wird über das Ausräumen der Überschwemmungsladung gebremst. Es ist möglich, hier den Feldstopp niedrig dotiert auszuführen, weil er nicht wie in anderen Fällen als "Emitterbremse" fungieren muss. Der n+-Kathodenemitter wird über andere Techniken, wie zum Beispiel die Wahl der Implantationsdosis gezielt eingestellt.
Für die anhand der Fig. 2 beschriebene Absenkung der Ladungsträgerlebensdauer τ nur von der Vorderseite, d.h. von der Seite des p+-Anodenemitters 4 her werden die günstigsten Schalteigenschaften der Hochvoltdioden in unmittelbarer Nähe des pn-Übergangs an der Anode erreicht. Ist der Wirkungsgrad des p+-Anodenemitters 4 dann einmal reduziert, sei es durch geringe Implantationsdosen oder durch das lokale Absenken der Ladungsträgerlebensdauer τ, erreicht man ein sanftes Abschalten mit einer reduzierten Gesamtdicke der n-dotierten Basis und mit den oben erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ver- fahrensweisen. Eine weitere Möglichkeit stellt die Kombination der Absenkung der Ladungsträgerlebensdauer τ mit der Feldstopp-Diffusion, d.h. eine räumlich stärker ausgedehnte und dafür maßvollere Absenkung der Ladungsträgerlebensdauer τ dar.
Die erfindungsgemäßen Verfahrensweisen zur Absenkung der La- dungsträgerlebensdauer τ (beidseitig oder ausschließlich n+- kathodenemitterseitig) bieten die Möglichkeit, Dioden an verschiedene Kundenwünsche anzupassen (weich- oder hartabschaltend, Rückstromspitze, Schaltverluste) , ohne dabei in die Herstellungstechnologie einzugreifen. Dies ermöglicht eine große Flexibilität bei der Realisierung von Hochvoltdioden.
Bezugs zeichenliste
1 n"-leitende Driftzone
2 p-leitende Zone 3 pn-Übergang
4 p+-Anodenemitter
5 n-leitende Zone
6 n+-leitender Kathodenemitter
7, 8 anodenemitter- und kathodenemitterseitige Me- tallisierung
A Dotierungskonzentrationsverlauf
B, Bl, B2 Defektkonzentrationsverlauf
V Vorderseite
R Rückseite y Tiefenabmessung t Zeit
Jpin Stromdichte durch die pn-Diode
Upin Spannungsverlauf beim Abschalten der Diode
II, III, IV Strom- und Spannungsverläufe sowie Werte der Abschaltverlustarbeit beim Abschalten einer
Hochvoltdiode

Claims

Patentansprüche
1. Hochvolt-Diode mit einer anodenseitigen p-leitenden Zone (2) , einer kathodenseitigen n~-leitenden Driftzone (1) , die mit der p-leitenden Zone (2) einen pn-Übergang (3) bildet, einem in der p-leitenden Zone (2) vorgesehenen p+-leitenden Anodenemitter (4) und einem an eine an den pn-Übergang (3) anschließende n-leitende Zone (5) angrenzenden n+-leitenden Kathodenemitter (6), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass nur vom Kathodenemitter (6) oder vom Kathodenemitter (6) und vom Anodenemitter (4) her die Ladungsträgerlebensdauer (τ) in einer bestimmten Tiefe von der jeweiligen Emitteroberfläche über den jeweiligen Emitter (4, 6) hinaus auf einen jeweils gewählten Wert eingestellt ist.
2. Hochvolt-Diode nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass im Kathodenemitter (6) die Ladungsträgerlebensdauer (τ) abgesenkt ist.
3. Hochvolt-Diode nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass jeweils im Kathodenemitter (6) und im Anodenemitter (4) die Ladungsträgerlebensdauer (τ) abgesenkt ist.
4. Hochvolt-Diode nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei einem stark dotierten Anodenemitter (4) die La- dungsträgerlebensdauer (τ) lokal relativ stark abgesenkt ist
5. Hochvolt-Diode nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei einem schwach dotierten Anodenemitter (4) die La- dungsträgerlebensdauer (τ) lokal schwach oder gar nicht abgesenkt ist.
6. Verfahren zur Optimierung des Abschaltverhaltens einer Hochvoltdiode mit einer anodenseitigen p-leitenden Zone (2), einer kathodenseitigen n_-leitenden Driftzone (1) , die mit der p-leitenden Zone (2) einen pn-Übergang (3) bildet, einem in der p-leitenden Zone (2) vorgesehenen p+-leitenden Anodenemitter (4) und einem an eine an den pn-Übergang (3) anschließende n-leitende Zone (5) angrenzenden n+-leitenden Kathodenemitter (6), g e k e n n z e i c h n e t durch folgende Schritte: - Bestrahlung entweder nur des Kathodenemitters (6) von dessen Oberseite mit einer bestimmten Dosis und mit einer bestimmte Reichweite, oder
- Bestrahlung des Kathodenemitters (6) und des Anodenemitters
(4) jeweils von deren Oberseiten mit jeweils bestimmter Dosis und mit einer jeweils bestimmten Reichweite,
- um eine örtliche Absenkung der Ladungsträgerlebensdauer (τ) entweder nur kathodenemitterseitig oder von der Seite des Kathodenemitters (6) und der Seite des Anodenemitters (4) auf einen jeweils bestimmten Wert zu erzielen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ladungsträgerlebensdauer (τ) in einem stark dotierten Anodenemitter (4) lokal relativ stark abgesenkt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ladungsträgerlebensdauer (τ) in einem schwach dotierten Anodenemitter (4) lokal schwach oder gar nicht abge- senkt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die emitterseitige Bestrahlung bei einer relativ nied- rigen Temperatur gegen Ende der Waferprozessierung ausgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die emitterseitige Bestrahlung mit leichten Ionen, insbesondere mit Heliumionen ausgeführt wird.
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