WO2007036455A2 - Jbs-sic-halbleiterbauelement - Google Patents

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Siced Electronics Development Gmbh & Co. Kg
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    • H01L29/1608—Silicon carbide

Definitions

  • the invention relates to an integrated vertical JBS-SiC semiconductor device.
  • the present invention as well as the problem underlying it is explained below with reference to a JBS diode structure, but without limiting the invention to this type of component. On the contrary, the invention can also be extended to other semiconductor structures which have mixed Schottky structures and bipolar structures, for example to junction transistors.
  • Today's semiconductor devices are predominantly made of a semiconductor material such as silicon or of gallium arsenide (GaAs) and gallium phosphite (Ga 3 P 4 ), which, however, have low thermal, chemical and physical stability.
  • a semiconductor material such as silicon or of gallium arsenide (GaAs) and gallium phosphite (Ga 3 P 4 ), which, however, have low thermal, chemical and physical stability.
  • Silicon carbide is a semiconductor material having a physically highly stable crystal structure because of its particular Wurtzite- or Zinkblendekris ⁇ tallgitters.
  • SiC single crystals have a large ⁇ energetic band gap of 2.2 eV to 3.3 eV, making them thermally and especially mechanically very stable and resistant to radiation damage. This makes SiC very attractive for those semiconductor devices that are exposed to extreme temperatures, operating and environmental conditions, such as those prevailing in the automotive and railway industries.
  • SiC Halbleiterbauele ⁇ elements are able, in a wide voltage and temperature ⁇ raturintervall, for example up to 650 C to 800 ° C to Ar BEITEN, have very good switching properties and low
  • SiC is therefore particularly suitable for power components that are designed for very high reverse voltage (600 V to several kV) and high operating voltage, such as Schottky diodes or PN power diodes.
  • high operating voltages has to implement mostly the purpose of greater electrical Leistun ⁇ gen (ranging from a few kilowatts) for the same current.
  • Leistun ⁇ gen ranging from a few kilowatts
  • JBS Schottky diode type Such JBS diodes are often referred to in the relevant literature as junction barrier Schottky diodes or as barrier Schottky diodes.
  • Fig. 1 shows by way of a schematic partial section the
  • the JBS diode 1 comprises a heavily N-doped semiconductor body 2, on the anode side of a weakly N-doped drift zone 3 is applied. More highly doped P-type emitter regions are embedded in the drift region 3 5 at an anode-side surface 4, the lateral beab each other ⁇ are standet.
  • the drift region 3 occurs between benachbar ⁇ te emitter regions 5 to the surface 4.
  • a connected to the anode metallization A Anodenan- circuit 6 thus makes contact with the passing to the surface 4 areas of the drift region 3 and the emitter regions. 5
  • the JBS diode 1 is thus te by dividing the Anodesei ⁇ in Schottky regions 7 in which the drift region contacted by 3, the surface 4, and thus the anode metallization 6, and a bipolar region 8, in which the emitter zone 5 with the drift region 3 forms a PN junction 9, characterized.
  • the Schottky Schemee 7 lead in the forward mode the current J, while the bipolar areas 8 in the blocking operation of the shielding of the metal-semiconductor junctions and thus the Schottky areas 8 are used.
  • the area distribution between Schottky areas 7 and bipolar areas 8 is freely selectable within certain limits for the specific requirements.
  • the problem with the JBS diode structure is the current flooding of the drift zone 3 in the forward operation.
  • Fig. 1 the current flow J of majority charge carriers in the forward operation of the JBS diode is indicated.
  • the current 3 flows here via the Anodenme ⁇ tallmaschine 6 in the Schottky region 7, the drift zone 3 and the semiconductor body 2. Due to the different area division between the Schottky region 7 and bipolar region 8 in the forward mode, the reverse voltage receiving drift zone 3 does not homogeneously flowed through by the current J.
  • the inhomogeneous current flooding of the drift zone 3 in the forward mode has the consequence that the track resistance in the drift zone 3 becomes greater with increasing inhomogeneity of the current flow 3.
  • a larger sheet resistance is directly associated with increasing losses compared to a Schottky diode with full-area Schottky contacting, which is thus formed without bipolar regions 8 and in which the drift zone 3 is thus flowed through homogeneously by the current flow J in the forward mode.
  • Higher losses are directly associated with a strong heating of the JBS diode, which is to be avoided as far as possible in many applications.
  • the extent of the inhomogeneity of the current flooding depends essentially on the area distribution of the bipolar areas to the Schottky areas 7.
  • the object of the present invention is to provide an improved JBS-SiC semiconductor component which, in particular, enables a more homogeneous current throughput in the forward mode.
  • an integrated vertical JBS-SiC semiconductor ⁇ component in particular a JBS SiC power semiconductor device, is provided, with a highly doped SiC semiconductor body of a first conductivity type, with a low-dose drift zone of the first conductivity type, the emitter - Is arranged on the side over the semiconductor body and the ⁇ at least partially partially adjacent to a first surface ⁇ , with at least one emitter region of a second Leitfä ⁇ htechnikstyps, which are embedded on the side of the first surface in the drift zone and to the first surface ⁇ borders, with a arranged within the drift zone, spaced from the emitter zones and laterally through the entire drift zone continuous intermediate layer of the first conductivity type, which has a relation to the drift zone higher doping concentration.
  • the idea on which the present invention is based is to provide an additional intermediary within the drift zone.
  • Layer to be arranged which is arranged relative to the anode below the bipolar regions and the Schottky regions.
  • This intermediate layer should typically have a significantly higher doping concentration than the surrounding regions of the drift zone to which it is adjacent. It is essential that this intermediate layer ranging from the bipolar Be ⁇ , that is, from the emitter zones and in addition also by the Schottky-areas, that is from the first surface, is spaced apart.
  • the transverse conductivity in the transmission mode of the JBS semiconductor component is therefore increased due to the significantly higher doping concentration of this intermediate layer compared to the surrounding regions of the drift zone.
  • either the static losses can be further reduced or the area of the SiC semiconductor body required for a specific nominal current can be reduced.
  • the SiC semiconductor body for providing position ⁇ same functionality results in cost advantages, especially since it is in an extremely expensive SiC order in comparison to conventional silicon semiconductor material.
  • the barrier properties of the JBS semiconductor device designed for high blocking voltages are advantageously retained, since in the drift region above the inserted intermediate layer, ie in the anode-side drift zone region, the function of the space charge zone resulting from the emitter zones, which is the Schottky barrier region. Shielding areas in lock-up mode is ensured.
  • the intermediate layer thus divides the drift zone into at least one first anode-side drift zone layer and at least one second cathode-side drift zone layer, whereby these are present separately from one another.
  • the intermediate layer is arranged at a minimum distance from the first surface within the drift zone such that in the passage ⁇ operation of the semiconductor device, a substantially verti ⁇ cal current flow from the intermediate layer to the semiconductor body, and thus within the cathode-side drift zone layer present is.
  • the minimum distance is further dimensioned such that in the blocking operation the intermediate layer is still outside a space charge zone which extends from a PN junction between the emitter zones and the drift zone.
  • Ji - 5100 Nd4 designates the doping concentration of the emitter zone and the vertical depth d2 denotes the emitter region relative to the first surface, to which the emitter zone ⁇ borders.
  • a buffer zone of the first conductivity type is provided.
  • This buffer zone is disposed laterally through continuously between the drift region and the semi-conductor body ⁇ .
  • this buffer zone separates the drift region and the semiconductor body completely voneinan ⁇ of.
  • the buffer zone has a higher doping concentration than the adjacent drift zone and a lower doping concentration than the adjacent semiconductor body.
  • the provision of a buffer zone is then pre-geous when the semiconductor component is to be formed with a so genann ⁇ th punch-through (PT) design in order in this way a spreading from the pn junction Kunststoffla ⁇ -making zone of the heavily doped To hold the semiconductor body.
  • PT punch-through
  • non-punch-through NPT
  • the semiconductor device is such a buffer layer ⁇ not absolutely necessary, but not notwendi ⁇ gish disadvantageous.
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistors IGBT Insulated Gate Bipolar Transistors
  • the intermediate layer typically has a lower doping concentration than the semiconductor body.
  • the first anodenseiti- ge drift region layer adjacent ie at the PN junction or the first surface a lower Dot istskonzent ⁇ ration than the second drift zone layer.
  • the second drift zones ⁇ a layer in the range of 5% to 40%, especially in the rich Be ⁇ from 10% to 20%, higher doping concentrations than the overlying first drift zone layer. Conceivable, if this is technically feasible, however, it would also be true if both drift zone layers have the same doping concentration within the drift zone.
  • the emitter zones have a very high doping concentration in the range between 1 ⁇ 10 18 cm -3 and 1 ⁇ 10 22 cm -3 .
  • the doping of the zones preferably lies between 1 ⁇ 10 19 cm -3 and 1 ⁇ 10 21 cm -3 .
  • the use of egg ner emitter region with very high doping concentration on the one hand has the advantage that thereby a high Emitteref ⁇ ficiency can be realized.
  • a better electrical contact with a Anodenmetalli ⁇ tion can be guaranteed, which can cause danger when SiC unlike silicon always difficulties in this way.
  • the continuous intermediate layer has a doping concentration in the range between 1 ⁇ 10 17 cm -3 and 1 ⁇ 10 19 cm -3 .
  • the doping concentration of this intermediate layer is preferably in the range
  • a continuous intermediate layer thus has a significantly higher doping concentration than the surrounding drift zone layers.
  • its doping concentration is typically one to three, preferably one to two orders of magnitude larger than that of the drift zone.
  • a power of ten is thus to be understood as the factor of 10
  • the semiconductor body has a rear-side second surface, the large area with a cathode metallization electrically conductive, that is ohmsch, contacted. Furthermore, the front-side first surface of the semiconductor component is contacted over a large area with an anode metallization which conducts both the areas of the emitter zone adjoining the front-side surface and those on the front side
  • Suitable contacts are in particular nickel compounds, such as nickel-aluminum alloys. But would also be conceivable other alloys, such as, tantalum, suicides and the same ⁇ based on tungsten, titanium.
  • the semiconductor component is designed as a so-called JBS diode and in particular as a JBS power diode.
  • the JBS diode according to the invention thus combines the advantages of a conventional Schottky diode in terms of the relatively high homogeneity of the current drift in the drift region and the properties of a conventional JBS diode in terms of the high reverse voltage withstand voltage.
  • sistoren junction Tran ⁇ such as a vertical JFET.
  • metal-insulator-semiconductor field-effect transistors so-called MISFETs, are conceivable.
  • FIG. 1 shows a partial section of a passage in the operation ⁇ surrounded JBS-SiC diode Betrie to illustrate the general problems.
  • Fig. 2 is based on a partial section of a first embodiment of an inventive execution ⁇ , operated in the forward operation JBS-SiC diode;
  • FIG. 2a te the doping ratios of the various layers of the present invention and Gebie ⁇ JBS-SiC diode of Fig. 2;
  • FIG. 2b shows a partial section of the JBS-SiC diode of FIG. 2 operated in the blocking mode
  • FIG. 3 on the basis of a partial section a second embodiment of an inventive execution ⁇ , operated in the forward operation JBS-SiC diode.
  • SiC refers to all important crystal polytypes of silicon carbide and in particular ⁇ special to 6H, 4H, 2H, 3C and 15R polytypes.
  • the introduced doping very often does not correspond to the so-called electrically active doping provided for the current flow.
  • the doping introduced into the respective semiconductor body is always to be understood here.
  • a JBS diode based on SiC is always to be understood, even if only JBS diode is mentioned.
  • Fig. 2 shows with reference to a partial cross-section a first embodiment of an inventive exporting approximately ⁇ , operated in the forward operation JBS diode.
  • Fig. 2a shows the doping behaves ⁇ nit of the various regions and layers of the JBS diode of FIG. 2, wherein the abscissa represents the depth x of the JBS diode of the anode-side front side in a linear form, and the ordinate represents the impurity concentration ND of the individual Layers in logarithmic form in the unit cm "3.
  • Fig. 2b shows a partial section of the operated in blocking mode JBS diode of FIG.
  • the JBS diode designated by reference numeral 10 includes a SiC semiconductor body 11 and a SiC substrate, respectively.
  • the SiC semiconductor body 11 has a front surface 12 and a rear surface 13.
  • the buffer layer 14 On the front surface 12 of the semiconductor body 11, a buffer layer 14 is applied.
  • the buffer layer 14 has a lower doping concentration than the semiconducting ⁇ on ter emotions. 11
  • the buffer layer 14 provides a PT design of the JBS diode 10 and is intended to prevent, among other things, that a space charge region of a PN junction in the semi-conductor body ⁇ 11 extends.
  • drift zone 15 On the buffer zone 14, a weakly N-doped drift zone 15 is applied.
  • the doping concentration of the drift zone 15 is typically at least one to two orders of magnitude lower than that of the buffer zone 14.
  • a front surface 18 of the JBS diode 10 heavily doped P-type emitter regions 16 are embedded in the drift region 15.
  • An interface between the drift zone 15 and the emitter zone 16 defines a PN junction 17 of the JBS diode 10 from which, in the blocking mode (see FIG. 2b), a space charge zone 24 can propagate into the drift zone 15 on the one hand and the emitter zone 16 on the other hand.
  • the emitter region 16 adjoin the front surface 18 in a bipolar region 25 of the JBS diode 10.
  • the emitter zones are laterally spaced from each other 16, where ⁇ adjacent to the front surface 18 in the drift region 15 in the drift region portion 15 'between two adjacent or spaced apart emitter regions sixteenth This Be defined ⁇ reaching a so-called Schottky region 26 of the JBS diode 10th
  • the emitter regions 16 need not necessarily be spaced apart from each other. In the layout of the plan view, they may rather have any structure, for example strip-shaped, meandering shaped, triangular, square, round, etc. or as a continuous, provided with corresponding round, square, etc. holes structure. The essential thing is merely that the emitter zones 16 are suitable in the blocking operation, the space charge zone 24 so on the Schottky areas 26 ausd ⁇ NEN, that there is a current flow is pinched off.
  • the SiC-JBS diode formed in this way has a front-side surface 18, which forms the surface of the emitter zones 16 (bipolar areas 25) and of the drift zone 15 'passing in the region of the Schottky areas 26. Further, a back ⁇ surface 13 is provided which is identical to the rear surface 13 of the semiconductor body 11. On the back surface 13 is a large-area metallization applied Kathodenme- 19, which is connected to a cathode terminal K. On the front surface 18, a large-area anode metallization 20 is applied, which is connected to an anode terminal A.
  • Ni x Al y nickel-aluminum alloys
  • the semiconductor regions 11, 15 ', 16 under the respective metallization 19, 20 have the highest possible doping concentration for ensuring an ohmic contact with the lowest possible contact resistance.
  • an intermediate layer 21 is now arranged within the drift zone 15.
  • the intermediate layer 21 is heavily doped N-and has at least one to two orders of North ⁇ voltages higher doping concentration than the surrounding regions of the drift region 15 °.
  • the intermediate layer 21 is formed as a layer passing laterally through the entire drift zone 15, so that it divides the drift zone 15 into a first anode-side drift zone sub-layer 22 and a second cathode-side drift zone sub-layer 23 separated from each other by the intermediate layer 21.
  • the two drift zone sub-layers 22, 23 have in the present embodiment is approximately similar Dot istskonzentrati ⁇ on, whereby the cathode-side drift region portion of layer 23 typically ranges from 5% to 40% higher Dotie ⁇ approximately concentration than the anode-side drift region portion ⁇ layer 22 comprises (see Fig. 2a ).
  • the intermediate layer 21 is further disposed from the surface 18 at a distance dl.
  • the distance dl should be designed such that in the forward operation of the semiconductor assembly ⁇ element (see Fig. 2) has a vertical possible current flow ⁇ direction J of the intermediate layer 21 to the semiconductor body 11 toward, and layer thus within the cathode-side drift zone 23 is present .
  • the minimum distance d1 must also be selected such that, in the blocking mode (see FIG. 2b), there is no impairment of the expansion of the space charge zones necessary for shielding the electric field between the p + regions.
  • the minimum distance d 1 to the first surface 18 is therefore preferably designed as follows, depending on the doping concentration of the emitter regions 16 and the vertical depth d 2 of the emitter zone with respect to the first surface 18:
  • the thickness of the intermediate layer results from an optimization ⁇ tion of the vertical electric field curve by solving the Poisson equation.
  • the buffer layer 14, the second drift zone sub-layer 23, the intermediate layer 21 and the first drift zone sub-layer 22 are successively epitaxially grown on the semiconductor body 11.
  • the doping of these layers 14, 21-23 takes place during the epitaxy z. B. by admixing the corresponding desired dopants in the corresponding desired dose.
  • Dotierstof ⁇ Fe for the N-doping of the layers 14, 21 - 23 is preferably nitrogen or phosphorus.
  • these individual layers 14, 21-23 can also be doped by ion implantation.
  • a high-temperature treatment must be performed to heal crystal damage and to electrically activate the introduced dopant atoms.
  • a particular advantage arises when the high-temperature treatment is already carried out during the ion implantation, for example using high-temperature ion implantation.
  • the emitter regions 16 are preferably introduced by Ionenimplanta ⁇ tion in the drift region 15 °.
  • Fig. 3 shows a partial section of a secondarising ⁇ game of a SiC-JBS diode according to the invention.
  • the JBS diode 10 here contains no buffer layer 14, so that here an NPT design is implemented.
  • the drift zone 15 is thus applied directly to the semiconductor body 11.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein JBS-SiC-Halbleiterbauelement integriertes vertikales JBS-SiC-Halbleiterbauelement, insbesondere Leistungshalbleiterbauelement, vorgesehen, mit einem hochdotierten SiC-Halbleiterkörper eines ersten Leitfähigkeitstyps, mit einer niedrig dotierten Driftzone des ersten Leitfähigkeitstyps, die emitterseitig über dem Halbleiterkörper angeordnet ist und die zumindest teilweise bereichsweise an eine erste Oberfläche angrenzt, mit zumindest einer Emitterzone eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die an der Seite der ersten Oberfläche in die Driftzone eingebettet sind und an die erste Oberfläche angrenzt, mit einer innerhalb der Driftzone angeordneten, von den Emitterzonen beabstandeten und lateral durch die gesamte Driftzone durchgehenden Zwischenschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, die eine gegenüber der Driftzone höhere Dotierungskonzentration aufweist.

Description

Beschreibung
JBS-SiC-Halbleiterbauelement
Die Erfindung betrifft ein integriertes vertikales JBS-SiC- Halbleiterbauelement .
Die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik wird nachfolgend anhand einer JBS-Diodenstruktur erläutert, ohne jedoch die Erfindung auf diesen Bauelement- Typ zu beschränken. Vielmehr lässt sich die Erfindung auch bei anderen Halbleiterstrukturen, die gemischte Schottky- Strukturen und bipolare Strukturen aufweisen, erweitern, beispielsweise auf Sperrschicht-Transistoren.
Heutige Halbleiterbauelemente werden vorwiegend aus einem Halbleitermaterial wie Silizium oder auch aus Gallium-Arsenid (GaAs) und Gallium-Phosphit (Ga3P4) erzeugt, die allerdings eine geringe thermische, chemische und physikalische Stabili- tat aufweisen.
Siliziumcarbid (SiC) ist hingegen ein Halbleitermaterial, das insbesondere aufgrund seines Wurtzite- bzw. Zinkblendekris¬ tallgitters eine physikalisch hochstabile Kristallstruktur aufweist. Je nach Polytyp weisen SiC-Einkristalle einen gro¬ ßen energetischen Bandabstand von 2,2 eV bis 3,3 eV auf, wodurch sie thermisch und insbesondere mechanisch besonders stabil und widerstandsfähig gegen Strahlenschäden sind. Dies macht SiC sehr attraktiv für solche Halbleiterbauelemente, die extremen Temperaturen, Betriebs- und Umweltbedingungen ausgesetzt sind, wie sie beispielsweise in der Automobil- und Bahntechnik herrschen. Auf SiC basierende Halbleiterbauele¬ mente sind in der Lage, in einem großen Spannungs- und Tempe¬ raturintervall, zum Beispiel bis zu 650 C bis 800° C, zu ar- beiten, weisen sehr gute Schalt-Eigenschaften und geringe
Verluste auf und lassen sich zudem bei sehr hohen Arbeitsfre¬ quenzen betreiben. Im Vergleich zu Silizium weist SiC aufgrund der besseren Material-Eigenschaften ein stärkeres Durchbruchsfeld (bis zu 10-mal höher als bei Silizium) , eine höhere Wärmeleitfähigkeit (mehr als 3-mal höher als bei Sili¬ zium) und eine größere Energiebandlücke (2,9 eV für 6H-SiC) auf .
SiC eignet sich daher vor allem für Leistungsbauelemente, die für sehr hohe Sperrspannung (600 V bis einige kV) und hohe Betriebsspannung, wie zum Beispiel Schottkydioden oder PN- Leistungsdioden, ausgelegt sind. Der Einsatz hoher Betriebs- Spannungen hat meist den Zweck, größere elektrische Leistun¬ gen (im Bereich von einigen Kilowatt) bei gleichem Strom umsetzen zu können. Um bei hoch sperrenden SiC-Dioden mit sehr hohem Sperrspannungsbereich eine gegenüber herkömmlichen Anwendungen verbesserte Stoßstromfestigkeit zu realisieren, ist es vorteilhaft, einen so genannten JBS-Schottkydioden-Typ zu verwenden. Solche JBS-Dioden werden in der einschlägigen Literatur häufig auch als Junction-Barrier-Schottkydioden oder auch als Sperrschicht-Schottkydioden bezeichnet.
Fig. 1 zeigt anhand eines schematischen Teilschnittes den
Aufbau einer JBS-Diode zur Erläuterung der allgemeinen Problematik. Die JBS-Diode 1 umfasst einen stark N-dotierten Halbleiterkörper 2, auf dem anodenseitig eine schwach N-do- tierte Driftzone 3 aufgebracht ist. An einer anodenseitigen Oberfläche 4 sind mehrere stark P-dotierte Emitterzonen 5 in die Driftzone 3 eingebettet, die lateral voneinander beab¬ standet sind. Die Driftzone 3 tritt dabei zwischen benachbar¬ te Emitterzonen 5 an die Oberfläche 4. Eine mit dem Anodenan- schluss A verbundene Anodenmetallisierung 6 kontaktiert somit die an die Oberfläche 4 tretenden Bereiche der Driftzone 3 und der Emitterzonen 5.
Die JBS-Diode 1 ist somit durch eine Aufteilung der Anodesei¬ te in Schottky-Bereiche 7, bei denen die Driftzone 3 die Oberfläche 4 und somit die Anodenmetallisierung 6 kontaktiert, und einen bipolaren Bereich 8, bei dem die Emitterzone 5 mit der Driftzone 3 einen PN-Übergang 9 ausbildet, charakterisiert. Die Schottkybereiche 7 führen im Durchlassbetrieb den Strom J, während die bipolaren Bereiche 8 im Sperrbetrieb der Abschirmung der Metall-Halbleiter-Übergänge und somit der Schottky-Bereiche 8 dienen. Die Flächenaufteilung zwischen Schottky-Bereichen 7 und bipolaren Bereichen 8 ist innerhalb gewisser Grenzen für die spezifischen Anforderungen jeweils frei wählbar.
Problematisch an der JBS-Diodenstruktur, wie sie in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt ist, ist die Stromdurchflutung der Driftzone 3 im Durchlassbetrieb. In Fig. 1 ist der Stromfluss J von Majoritätsladungsträgern im Durchlassbetrieb der JBS- Diode angedeutet. Der Strom 3 fließt hier über die Anodenme¬ tallisierung 6 im Schottky-Bereich 7, die Driftzone 3 und den Halbleiterkörper 2. Aufgrund der unterschiedlichen Flächen- aufteilung zwischen Schottky-Bereich 7 und bipolarem Bereich 8 wird im Durchlassbetrieb die die Sperrspannung aufnehmende Driftzone 3 nicht homogen von dem Strom J durchflössen. Diese Inhomogenität der Stromdurchflutung der Driftzone 3 im Durchlassbetrieb ergibt sich insbesondere aufgrund der bipolaren Bereiche 8, welche im Durchlassbetrieb bei Spannungen von we¬ niger als 3 V im so genannten Speicherladungsfreien Nennbetrieb keinerlei Strom führen. Diese bipolaren Bereiche 8 wer¬ den typischerweise so dimensioniert, dass sie nur bei auftre¬ tendem Stoßstrom den sich dadurch ergebenden Strom sicher führen können.
Die inhomogene Stromdurchflutung der Driftzone 3 im Durchlassbetrieb hat zur Folge, dass der Bahnwiderstand in der Driftzone 3 mit zunehmender Inhomogenität des Stromflusses 3 größer wird. Ein größerer Bahnwiderstand geht unmittelbar einher mit steigenden Verlusten verglichen mit einer Schott- ky-Diode mit ganzflächiger Schottky-Kontaktierung, die also ohne bipolare Bereiche 8 ausgebildet ist und bei der somit die Driftzone 3 im Durchlassbetrieb homogen von dem Strom- fluss J durchflössen ist. Höhere Verluste gehen unmittelbar einher mit einer starken Erwärmung der JBS-Diode, was es allerdings in vielen Anwendungsfällen möglichst zu vermeiden gilt. Das Ausmaß der Inhomogenität der Stromdurchflutung hängt im Wesentlichen von der Flächenaufteilung der bipolaren Bereiche zu den Schottky-Bereichen 7 ab. Durch eine Optimierung der Flächenaufteilung zwischen bipolaren Bereichen 8 und Schottky-Bereichen 7 lässt sich eine Optimierung der mit einer JBS- Diode 1 einhergehenden Sperrspannung, deren Sperrstrom und deren Spannungsabfall im Durchlassbetrieb bei hohen Stoßströ¬ men realisieren. Allerdings stößt diese Optimierung sehr schnell an ihre Grenzen.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes JBS-SiC-Halbleiterbauele- ment bereit zu stellen, das insbesondere eine homogenere Stromdurchflutung im Durchlassbetrieb ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird zumindest eine der obigen Aufgaben durch ein JBS-SiC-Halbleiterbauelement mit den Merkmalen des Pa¬ tentanspruchs 1 gelöst.
Demgemäß ist ein integriertes vertikales JBS-SiC-Halbleiter¬ bauelement, insbesondere ein JBS-SiC-Leistungshalbleiterbau- element, vorgesehen, mit einem hochdotierten SiC-Halbleiter- körper eines ersten Leitfähigkeitstyps, mit einer niedrig do- tierten Driftzone des ersten Leitfähigkeitstyps, die emitter- seitig über dem Halbleiterkörper angeordnet ist und die zu¬ mindest teilweise bereichsweise an eine erste Oberfläche an¬ grenzt, mit zumindest einer Emitterzone eines zweiten Leitfä¬ higkeitstyps, die an der Seite der ersten Oberfläche in die Driftzone eingebettet sind und an die erste Oberfläche an¬ grenzt, mit einer innerhalb der Driftzone angeordneten, von den Emitterzonen beabstandeten und lateral durch die gesamte Driftzone durchgehenden Zwischenschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, die eine gegenüber der Driftzone höhere Dotie- rungskonzentration aufweist.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, innerhalb der Driftzone eine zusätzliche Zwischen- Schicht anzuordnen, die bezogen auf die Anode unterhalb der bipolaren Bereiche und der Schottky-Bereiche angeordnet ist. Diese Zwischenschicht sollte typischerweise eine signifikant höhere Dotierungskonzentration als die sie umgebenden Berei- che der Driftzone, an die sie angrenzt, aufweisen. Wesentlich dabei ist, dass diese Zwischenschicht von den bipolaren Be¬ reichen, das heißt von den Emitterzonen und zudem auch von den Schottky-Bereichen, das heißt von der ersten Oberfläche, beabstandet ist. Mittels der so in der Driftzone angeordneten Zwischenschicht lässt sich im Durchlassbetrieb des JBS-HaIb- leiterbauelementes der Stromfluss von Anode zu Kathode durch die relativ hoch dotierte Zwischenschicht lateral verteilen. Die Ladungsträger fließen anschließend von der Zwischenschicht mehr oder weniger vertikal und damit homogen verteilt in die darunter liegenden Bereiche der Driftzone hin zur Kathode des JBS-Halbleiterbauelementes .
Durch das erfindungsgemäße Einfügen der Zwischenschicht in die Driftzone wird also die Querleitfähigkeit im Durchlassbe- trieb des JBS-Halbleiterbauelementes aufgrund der deutlich höheren Dotierungskonzentration dieser Zwischenschicht gegenüber den diese umgebenden Bereichen der Driftzone erhöht. Dadurch kommt es im Durchlassbetrieb zu einer sehr homogenen Durchflutung der Driftzonen, welche kathodenseitig unter der Zwischenschicht angeordnet sind. Durch die bessere Flächen¬ ausnutzung kann der spezifische Durchlasswiderstand bedingt durch die nun optimalere Stromaufteilung im kathodenseitigen Driftbereich signifikant reduziert werden, was unmittelbar auch zu geringeren Verlusten im Durchlassbetrieb führt. Da- durch können entweder die statischen Verluste weiter reduziert werden oder die für einen bestimmten Nennstrom notwendige Fläche des SiC-Halbleiterkörpers kann verringert werden. Ein geringerer Bedarf des SiC-Halbleiterkörpers zur Bereit¬ stellung derselben Funktionalität bringt Kostenvorteile mit sich, insbesondere da es sich bei SiC um ein im Vergleich zu herkömmlichen Silizium außerordentlich teures Halbleitermaterial handelt. Auf der anderen Seite werden die Sperreigenschaften des für hohe Sperrspannungen ausgelegten JBS-Halbleiterbauelementes vorteilhafterweise beibehalten, da in dem Driftbereich oberhalb der eingefügten Zwischenschicht, das heißt in dem ano- denseitigen Driftzonenbereich, die Funktion der sich durch die Emitterzonen ergebenden Raumladungszone, welche die Schottky-Bereiche im Sperrbetrieb abschirmt, gewährleistet ist .
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit der Zeichnung.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung unterteilt die Zwischenschicht somit die Driftzone in zumindest eine erste anodenseitige Driftzonenschicht und zumindest eine zweite ka- thodenseitige Driftzonenschicht, wodurch diese voneinander getrennt vorliegen.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Zwischenschicht in einem minimalen Abstand zur ersten Oberfläche innerhalb der Driftzone derart angeordnet, dass im Durchlass¬ betrieb des Halbleiterbauelementes ein im Wesentlichen verti¬ kaler Stromfluss von der Zwischenschicht zum Halbleiterkörper hin, und somit innerhalb der kathodenseitigen Driftzonenschicht, vorhanden ist. Der minimale Abstand ist ferner so dimensioniert, dass im Sperrbetrieb die Zwischenschicht den¬ noch außerhalb einer sich von einem PN-Übergang zwischen den Emitterzonen und der Driftzone ausdehnenden Raumladungszone liegt.
Insbesondere gilt für den minimalen Abstand dl zwischen der ersten Oberfläche und der Zwischenschicht folgender Zusammen¬ hang:
Ji =-5100 Nd4 bezeichnet dabei die Dotierungskonzentration der Emitterzone und d2 bezeichnet die vertikale Tiefe der Emitterzone bezogen auf die erste Oberfläche, an die die Emitterzone an¬ grenzt .
In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Pufferzone des ersten Leitfähigkeitstyps vorgesehen. Diese Pufferzone ist lateral durchgehend zwischen der Driftzone und dem Halb¬ leiterkörper angeordnet. Vorzugsweise trennt diese Pufferzone die Driftzone und den Halbleiterkörper vollständig voneinan¬ der. Die Pufferzone weist eine gegenüber der angrenzenden Driftzone höhere Dotierungskonzentration und eine gegenüber dem angrenzenden Halbleiterkörper niedrigere Dotierungskonzentration auf. Das Vorsehen einer Pufferzone ist dann vor- teilhaft, wenn das Halbleiterbauelement mit einem so genann¬ ten Punch-Through- (PT-) Design ausgebildet sein soll, um auf diese Weise eine sich vom PN-Übergang ausbreitende Raumla¬ dungszone von dem stark dotierten Halbleiterkörper abzuhalten. Im Falle eines so genannten Non-Punch-Through- (NPT-) Designs des Halbleiterbauelementes ist eine solche Puffer¬ schicht nicht unbedingt erforderlich, jedoch nicht notwendi¬ gerweise nachteilig. Solche PT- und NPT-Designs sowie deren Funktionen sind bei IGBT Halbleiterbauelementen (IGBT = Insu- lated Gate Bipolar Transistor) allgemein bekannt, sodass hier nicht näher auf diese Strukturen sowie deren Funktion eingegangen wird.
Typischerweise weist die Zwischenschicht eine gegenüber dem Halbleiterkörper niedrigere Dotierungskonzentrationen auf.
In einer typischen Ausgestaltung weist die erste anodenseiti- ge Driftzonenschicht , die also an den PN-Übergang bzw. die erste Oberfläche angrenzt, eine geringere Dotierungskonzent¬ ration als die zweite Driftzonenschicht auf. Typischerweise, jedoch nicht notwendigerweise, weist die zweite Driftzonen¬ schicht eine im Bereich von 5% bis 40%, insbesondere im Be¬ reich von 10% bis 20%, höhere Dotierungskonzentrationen als die darüber liegende erste Driftzonenschicht auf. Denkbar, sofern dies prozesstechnisch machbar ist, wäre allerdings auch, wenn beide Driftzonenschichten innerhalb der Driftzone dieselbe Dotierungskonzentration aufweisen. Technologisch ist dies allerdings sehr schwer realisierbar, da im Falle einer auf die zweite Driftzonenschicht epiktaktisch aufgewachsenen Zwischenschicht bei sonst gleich eingestellten Prozessparame¬ tern die darauf aufgebrachte erste Driftzonenschicht übli¬ cherweise eine geringfügig andere Dotierungskonzentration aufweist .
In einer typischen Ausgestaltung weisen die Emitterzonen eine sehr hohe Dotierungskonzentration im Bereich zwischen l*1018 cm"3 und l*1022 cm"3 auf. Vorzugsweise liegt die Dotierung der Zonen zwischen l*1019 cm"3 und l*1021 cm"3. Die Verwendung ei- ner Emitterzone mit sehr hoher Dotierungskonzentration weist zum einen den Vorteil auf, dass dadurch eine hohe Emitteref¬ fizienz realisierbar ist. Zum anderen kann auf diese Weise eine bessere elektrische Kontaktierung einer Anodenmetalli¬ sierung gewährleistet werden, was bei SiC im Unterschied zu Silizium immer Schwierigkeiten in sich birgt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die durchgehende Zwischenschicht eine Dotierungskonzentration im Bereich zwischen l*1017 cm"3 und l*1019 cm"3 auf. Vorzugsweise liegt die Dotierungskonzentration dieser Zwischenschicht im Bereich
5*1017 cm"3 und 5*1018 cm"3. Eine durchgehende Zwischenschicht weist somit eine signifikant höhere Dotierungskonzentration als die sie umgebenden Driftzonenschichten auf. Im Falle einer durchgehenden Zwischenschicht ist deren Dotierungskon- zentration typischerweise um ein bis drei, vorzugsweise eine um ein bis zwei Größenordnungen größer als die der Driftzone. Unter einer Größenordnung ist eine 10er-Potenz also der Faktor 10 zu verstehen, unter zwei und drei Größenordnungen ist somit 102 = 100 bzw. 103 = 1000 zu verstehen.
In einer typischen Ausgestaltung weist der Halbleiterkörper eine rückseitige zweite Oberfläche auf, die großflächig mit einer Kathodenmetallisierung elektrisch leitend, das heißt ohmsch, kontaktiert ist. Ferner ist die vorderseitige erste Oberfläche des Halbleiterbauelementes großflächig mit einer Anodenmetallisierung elektrisch leitend kontaktiert, welche sowohl die an die vorderseitige Oberfläche angrenzenden Be- reiche der Emitterzone wie auch die an die vorderseitige
Oberfläche angrenzenden Bereiche der Driftzone kontaktiert. Als Kontakte eignen sich hier insbesondere Nickelverbindungen, wie beispielsweise Nickel-Aluminium Legierungen. Denkbar wären allerdings auch andere Legierungen, wie beispielsweise auf der Basis von Wolfram, Titan, Tantal, Suizide und der¬ gleichen .
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das Halbleiterbauelement als so genannte JBS-Diode und insbesondere als JBS-Leistungsdiode ausgebildet. Die erfindungsgemäße JBS- Diode vereint somit in sich die Vorteile einer herkömmlichen Schottky-Diode, was die relativ hohe Homogenität der Strom- durchflutung im Driftbereich angeht, und die Eigenschaften einer herkömmlichen JBS-Diode, was die hohe Sperrspannungs- festigkeit angeht.
Weitere besonders bevorzugte Anwendungsbeispiele für das er¬ findungsgemäße Halbleiterbauelement sind Sperrschicht-Tran¬ sistoren, beispielsweise ein vertikaler JFET. Alternativ sind auch Metall-Isolator-Halbleiter-Feldeffekttransistoren, so genannte MISFETs, denkbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schemati¬ schen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt dabei:
Fig. 1 einen Teilschnitt einer im Durchlassbetrieb betrie¬ benen JBS-SiC-Diode zur Erläuterung der allgemeinen Problematik; Fig. 2 anhand eines Teilschnitts ein erstes Ausführungs¬ beispiel einer erfindungsgemäßen, im Durchlassbetrieb betriebenen JBS-SiC-Diode; Fig. 2a die Dotierungsverhältnisse der verschiedenen Gebie¬ te und Schichten der erfindungsgemäßen JBS-SiC- Diode aus Fig. 2;
Fig. 2b anhand eines Teilschnitts die im Sperrbetrieb be- triebenen JBS-SiC-Diode aus Fig. 2;
Fig. 3 anhand eines Teilschnitts ein zweites Ausführungs¬ beispiel einer erfindungsgemäßen, im Durchlassbetrieb betriebenen JBS-SiC-Diode.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche und funktionsglei¬ che Elemente, Merkmale und Signale - sofern nicht Anderes an¬ gegeben ist - mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
In der nachfolgenden Figurenbeschreibung und in der gesamten Patentanmeldung bezieht sich der Begriff "SiC" auf alle wichtigen Kristall-Polytypen von Siliziumcarbid und dabei insbe¬ sondere auf 6H-, 4H-, 2H-, 3C- und 15R-Polytypen . Bei SiC als Halbleitermaterial entspricht die eingebrachte Dotierung sehr häufig nicht der für den Stromfluss vorgesehenen, so genann- ten elektrisch aktiven Dotierung. Unter Dotierung ist hier stets die in den jeweiligen Halbleiterkörper eingebrachte Dotierung zu verstehen. Nachfolgend sei auch stets eine JBS- Diode auf SiC-Basis zu verstehen, auch wenn lediglich von JBS-Diode die Rede ist.
Fig. 2 zeigt anhand eines Teilschnitts ein erstes Ausfüh¬ rungsbeispiel einer erfindungsgemäßen, im Durchlassbetrieb betriebenen JBS-Diode. Fig. 2a zeigt die Dotierungsverhält¬ nisse der verschiedenen Gebiete und Schichten der JBS-Diode aus Fig. 2, wobei auf der Abszisse die Tiefe x der JBS-Diode von der anodenseitigen Vorderseite her in linearer Form und auf der Ordinate die Dotierungskonzentration ND der einzelnen Schichten in logarithmischer Form in der Einheit cm"3 dargestellt ist. Fig. 2b zeigt anhand eines Teilschnitts die im Sperrbetrieb betriebene JBS-Diode aus Fig. 2.
Die mit Bezugszeichen 10 bezeichnete JBS-Diode enthält einen SiC-Halbleiterkörper 11 bzw. ein SiC-Substrat . Der SiC-HaIb- leiterkörper 11, der zum Beispiel Bestandteil eines SiC- Wafers ist, weist eine starke N-Dotierung auf. Der SiC-HaIb- leiterkörper 11 weist eine vorderseitige Oberfläche 12 und eine rückseitige Oberfläche 13 auf.
Auf der vorderseitigen Oberfläche 12 des Halbleiterkörpers 11 ist eine Pufferschicht 14 aufgebracht. Die Pufferschicht 14 weist eine geringere Dotierungskonzentration als der Halblei¬ terkörper 11 auf. Die Pufferschicht 14 gewährleistet ein PT- Design der JBS-Diode 10 und soll unter anderem verhindern, dass eine Raumladungszone von einem PN-Übergang in den Halb¬ leiterkörper 11 hinein reicht.
Auf der Pufferzone 14 ist eine schwach N-dotierte Driftzone 15 aufgebracht. Die Dotierungskonzentration der Driftzone 15 ist typischerweise mindestens um ein bis zwei Größenordnungen geringer als die der Pufferzone 14.
An der Seite einer vorderseitigen Oberfläche 18 der JBS-Diode 10 sind stark P-dotierte Emitterzonen 16 in die Driftzone 15 eingebettet. Eine Grenzfläche zwischen der Driftzone 15 und der Emitterzone 16 definiert einen PN-Übergang 17 der JBS- Diode 10, von der sich im Sperrbetrieb (siehe Fig. 2b) eine Raumladungszone 24 in die Driftzone 15 einerseits und die Emitterzone 16 andererseits ausbreiten kann. Die Emitterzone 16 grenzen in einem bipolaren Bereich 25 der JBS-Diode 10 an die vorderseitige Oberfläche 18 an. Im vorliegenden Beispiel sind die Emitterzonen 16 lateral voneinander beabstandet, wo¬ bei die Driftzone 15 in dem Driftzonenbereich 15' zwischen zwei benachbarten bzw. voneinander beabstandeten Emitterzonen 16 an die vorderseitige Oberfläche 18 angrenzt. Dieser Be¬ reich definiert einen so genannten Schottky-Bereich 26 der JBS-Diode 10.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Emitterzonen 16 nicht notwendigerweise voneinander beabstandet sein müssen. Im Layout der Draufsicht können diese vielmehr eine beliebige Struktur aufweisen, beispielsweise streifenförmig, mäander- förmig, dreieckig, quadratisch, rund etc. oder auch als durchgehende, mit entsprechenden runden, eckigen, etc. Löchern versehene Struktur. Wesentlich dabei ist lediglich, dass die Emitterzonen 16 im Sperrbetrieb geeignet sind, die Raumladungszone 24 so auf die Schottky-Bereiche 26 auszudeh¬ nen, dass dort ein Stromfluss abgeschnürt ist.
Die so ausgebildete SiC-JBS-Diode weist eine vorderseitige Oberfläche 18, die die Oberfläche der Emitterzonen 16 (bipo- larer Bereiche 25) sowie der im Bereich der Schottky-Bereiche 26 tretende Driftzone 15' bildet, auf. Ferner ist eine rück¬ seitige Oberfläche 13 vorgesehen, die identisch ist mit der rückseitigen Oberfläche 13 des Halbleiterkörpers 11. Auf der rückseitigen Oberfläche 13 ist großflächig eine Kathodenme- tallisierung 19 aufgebracht, die mit einem Kathodenanschluss K verbunden ist. Auf der vorderseitigen Oberfläche 18 ist eine großflächige Anodenmetallisierung 20 aufgebracht, die mit einem Anodenanschluss A verbunden ist. Abhängig von dem Dotierungstyp der entsprechend angrenzenden Halbleiterschicht (also N oder P) sowie deren Dotierungskonzentrationen werden dabei jeweils geeignete Materialien herangezogen, wobei sich Nickellegierungen und insbesondere Nickel-Aluminium-Legierungen (NixAly) hier als besonders vorteilhaft heraus gestellt haben. Ebenfalls besonders vorteilhaft ist es, wenn die unter der jeweiligen Metallisierung 19, 20 liegenden Halbleitergebiete 11, 15', 16 eine möglichst hohe Dotierungskonzentration für die Gewährleistung eines ohmschen Kontaktes mit möglichst geringem Kontaktwiderstand aufweist.
Erfindungsgemäß ist nun innerhalb der Driftzone 15 eine Zwi¬ schenschicht 21 angeordnet. Die Zwischenschicht 21 ist stark N-dotiert und weist eine zumindest um ein bis zwei Größenord¬ nungen höher Dotierungskonzentration als die sie umgebenden Bereiche der Driftzone 15 auf. In Fig. 2 ist die Zwischen- schicht 21 als eine lateral durch die gesamte Driftzone 15 durchgehende Schicht ausgebildet, sodass sie die Driftzone 15 in eine erste anodenseitige Driftzonenteilschicht 22 und eine zweite katodenseitige Driftzonenteilschicht 23 teilt, die voneinander durch die Zwischenschicht 21 getrennt sind. Die beiden Driftzonenteilschichten 22, 23 weisen im vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa eine ähnliche Dotierungskonzentrati¬ on auf, wobei die kathodenseitige Driftzonenteilschicht 23 typischerweise eine im Bereich von 5 % bis 40 % höhere Dotie¬ rungskonzentration als die anodenseitige Driftzonenteil¬ schicht 22 aufweist (siehe Fig. 2a) .
Die Zwischenschicht 21 ist ferner von der Oberfläche 18 in einem Abstand dl angeordnet. Der Abstand dl sollte dabei so ausgelegt sein, dass im Durchlassbetrieb des Halbleiterbau¬ elementes (siehe Fig. 2) eine möglichst vertikale Stromfluss¬ richtung J von der Zwischenschicht 21 zum Halbleiterkörper 11 hin, und somit innerhalb der kathodenseitigen Driftzonen- schicht 23, vorhanden ist. Andererseits muss der minimale Ab¬ stand dl auch so gewählt werden, dass im Sperrbetrieb (siehe Fig. 2b) keine Beeinträchtigung der zur Abschirmung des elektrischen Feldes notwendigen Ausdehnung der Raumladungszonen zwischen den p+-Gebieten erfolgt. Die Zwischenschicht 21 liegt also außerhalb der hierfür charakteristischen Raumladungszone 24, so dass keine Reduzierung der Sperrfähigkeit bei der Betriebsspannung (z. B. = Zwischenkreisspannung) auftritt. Der minimale Abstand dl zur ersten Oberfläche 18 ist daher abhängig von der Dotierungskonzentration der Emitterzo- nen 16 und der vertikalen Tiefe d2 der Emitterzone bezogen auf die erste Oberfläche 18 vorzugsweise wie folgt ausgelegt:
<«=.5700
Die Dicke der Zwischenschicht ergibt sich aus einer Optimie¬ rung des vertikalen elektrischen Feldverlaufes durch Lösen der Poissongleichung. D.h. die Flächenladung (=Nd3*d3) in der Zwischenschicht 21 muss deutlich unter der dem Feld entspre¬ chenden kritischen Ladung liegen, so dass die Feldausdehnung in die zweite Driftzonenteilschicht 23 nicht vollständig ab¬ geschirmt wird. Als Beispiel sei hier eine Dotierung Nd3 der Zwischenschicht 21 von Nd3 = l*1018/cm3 und d3 = 100 nm ge¬ nannt .
Für die Herstellung der JBS-Diode 10 werden die Pufferschicht 14, die zweite Driftzonenteilschicht 23, die Zwischenschicht 21 und die erste Driftzonenteilschicht 22 nacheinander auf den Halbleiterkörper 11 epiktaktisch aufgewachsen. Die Dotierung dieser Schichten 14, 21-23 erfolgt während der Epitaxie z. B. durch Beimischung der entsprechend gewünschten Dotier- Stoffe in der entsprechend gewünschten Dosis. Als Dotierstof¬ fe für die N-Dotierung der Schichten 14, 21 - 23 eignet sich vorzugsweise Stickstoff oder Phosphor. Alternativ können diese einzelnen Schichten 14, 21 - 23 auch durch Ionenimplantation dotiert werden. Allerdings muss nach der Ionenimplanta- tion eine Hochtemperaturbehandlung zum Ausheilen von Kristallschäden und zum elektrischen Aktivieren der eingebrachten Dotierstoffatome erfolgen. Ein besonderer Vorteil ergibt sich, wenn die Hochtemperaturbehandlung bereits während der Ionenimplantation durchgeführt wird, beispielsweise unter An- wendung der Hochtemperatur-Ionenimplantation .
Die Emitterzonen 16 werden vorzugsweise durch Ionenimplanta¬ tion in die Driftzone 15 eingebracht.
Fig. 3 zeigt einen Teilschnitt eines zweiten Ausführungsbei¬ spiels einer erfindungsgemäßen SiC-JBS-Diode . Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel in Fig. 2 enthält die JBS-Diode 10 hier keine Pufferschicht 14, sodass hier ein NPT-Design implementiert ist. Hier wird die Driftzone 15 also direkt auf den Halbleiterkörper 11 aufgebracht.
Obgleich die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevor¬ zugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, sei sie nicht darauf beschränkt, sondern lässt sich auf vielfältige Art und Weise modifizieren.
Es versteht sich von selbst, dass durch Austausch der Leitfä¬ higkeitstypen N gegen P und umgekehrt sowie durch Variation der Dotierungskonzentrationen, der Schichtdicken und Abstände eine beliebige Vielzahl modifizierter JBS-Halbleiterbauele- mente bereitgestellt werden könnte, ohne vom Wesen der vor¬ liegenden Erfindung abzuweichen. Auch die angegebenen Her- stellungsverfahren wurden lediglich beispielhaft aufgeführt, ohne die Erfindung jedoch dahingehend einzuschränken. Auch die verwendeten Materialien (mit Ausnahme von SiC) , insbesondere die der Metallisierungen und Dotierstoffe, seien ledig¬ lich beispielhaft zu verstehen und können auch durch geeigne- te andere Materialien ersetzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Integriertes vertikales JBS-SiC-Halbleiterbauelement (10), insbesondere JBS-SiC-Leistungshalbleiterbauelement , - mit einem hochdotierten SiC-Halbleiterkörper (11) eines ersten Leitfähigkeitstyps,
- mit einer niedrig dotierten Driftzone (15) des ersten Leitfähigkeitstyps, die emitterseitig über dem Halbleiterkörper (11) angeordnet ist und die zumindest teilweise bereichs- weise an eine erste Oberfläche (18) angrenzt,
- mit zumindest einer Emitterzone (16) eines zweiten Leitfä¬ higkeitstyps, die an der Seite der ersten Oberfläche (18) in die Driftzone (15) eingebettet ist und die an die erste Oberfläche (18) angrenzt, - mit einer innerhalb der Driftzone (15) angeordneten, von den Emitterzonen (16) beabstandeten und lateral durch die gesamte Driftzone (15) durchgehenden Zwischenschicht (21) des ersten Leitfähigkeitstyps, die eine gegenüber der Driftzone (15) höhere Dotierungskonzentration aufweist.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (21) die Driftzone (15) in zu¬ mindest eine erste anodenseitige Driftzonenschicht (22) und zumindest in eine zweite kathodenseitige Driftzonenschicht (23) unterteilt und diese voneinander trennt.
3. Halbleiterbauelement nach wenigstens einem der vorstehen¬ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischen¬ schicht (21) in einem minimalen Abstand (dl) zur ersten Ober- fläche (18) innerhalb der Driftzone (15) derart angeordnet ist, dass im Durchlassbetrieb des Halbleiterbauelementes (10) ein im Wesentlichen vertikaler Stromfluss (3) von der Zwischenschicht (21) zum Halbleiterkörper (11) hin vorhanden ist und dass im Sperrbetrieb die Zwischenschicht (21) außerhalb einer sich von einem PN-Übergang (17) zwischen den Emitterzonen (16) und der Driftzone (15) ausdehnenden Raumladungszone (24) liegt.
4. Halbleiterbauelement nach wenigstens einem der vorstehen¬ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den minimalen Abstand (dl) zwischen der ersten Oberfläche und der Zwischenschicht (21) gilt:
<«=.5700
wobei mit Nd4 die Dotierungskonzentration der Emitterzone (16) und mit d2 die vertikale Tiefe der Emitterzone (16) be- zeichnet sind.
5. Halbleiterbauelement nach wenigstens einem der vorstehen¬ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Pufferzone (14) des ersten Leitfähigkeitstyps vorgesehen ist, die lateral zwischen der kathodenseitige Driftzonenschicht
(23) und dem Halbleiterkörper (11) angeordnet ist und die ei¬ ne gegenüber der an die Pufferzone (14) angrenzenden kathodenseitige Driftzonenschicht (23) höhere Dotierungskonzentra¬ tion und eine gegenüber dem angrenzenden Halbleiterkörper (11) niedrigere Dotierungskonzentration aufweist.
6. Halbleiterbauelement nach wenigstens einem der vorstehen¬ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischen¬ schicht (21) eine gegenüber dem Halbleiterkörper (11) niedri- gere Dotierungskonzentration aufweist.
7. Halbleiterbauelement nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Driftzonen¬ schicht (22) eine geringere Dotierungskonzentration als die zweite Driftzonenschicht (23) aufweist.
8. Halbleiterbauelement nach wenigstens einem der vorstehen¬ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitterzone
(16) eine hohe Dotierungskonzentration im Bereich zwischen l*1018 cm"3 und l*1022 cm"3, und insbesondere im Bereich zwi¬ schen l*1019 cm"3 und l*1021 cm"3, aufweist.
9. Halbleiterbauelement nach wenigstens einem der vorstehen¬ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischen¬ schicht (21) eine Dotierungskonzentration im Bereich zwischen l*1017 cm"3 und l*1020 cm"3, und insbesondere im Bereich von l*1017 cm"3 und 5*1018 cm"3, aufweist.
10. Halbleiterbauelement nach wenigstens einem der vorstehen¬ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischen¬ schicht (21) eine um ein bis drei, vorzugsweise eine um ein bis zwei Größenordnungen höhere Dotierungskonzentration als die angrenzenden Driftzonenschichten (22, 23) aufweist.
11. Halbleiterbauelement nach wenigstens einem der vorstehen¬ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiter- körper (11) eine rückseitige zweite Oberfläche (13) aufweist, die flächig mit einer Kathodenmetallisierung (19) elektrisch leitend kontaktiert ist, und die erste Oberfläche (18) flä¬ chig mit einer Anodenmetallisierung (20) elektrisch leitend kontaktiert ist.
12. Halbleiterbauelement nach wenigstens einem der vorstehen¬ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiter¬ bauelement (10) als JBS-Diode (10), insbesondere als JBS- Leistungsdiode (10), ausgebildet ist.
13. Halbleiterbauelement nach wenigstens einem der vorstehen¬ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiter¬ bauelement (10) als Sperrschichttransistor oder als MISFET- Transistor ausgebildet ist.
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