WO2012055627A1 - Halbleiteranordnung mit schottkydiode - Google Patents

Halbleiteranordnung mit schottkydiode Download PDF

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WO2012055627A1
WO2012055627A1 PCT/EP2011/065614 EP2011065614W WO2012055627A1 WO 2012055627 A1 WO2012055627 A1 WO 2012055627A1 EP 2011065614 W EP2011065614 W EP 2011065614W WO 2012055627 A1 WO2012055627 A1 WO 2012055627A1
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semiconductor device
schottky
voltage
distance
trenches
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PCT/EP2011/065614
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Ning Qu
Alfred Goerlach
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Robert Bosch Gmbh
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    • 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
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    • H01L29/417—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions carrying the current to be rectified, amplified or switched

Definitions

  • This invention is a Schottky diode suitable for
  • High voltage application is suitable and at the same time has a low forward voltage and a low switching power dissipation.
  • High voltage applications typically use high voltage PN diodes.
  • Advantages of the high-voltage PN diodes are the low reverse current and the high robustness.
  • the disadvantages are on the one hand the high forward voltage UF and on the other hand the high switching power dissipation.
  • the voltage is mainly taken from the lightly doped region, i. the space charge zone expands mainly in the lightly doped region.
  • the doping concentration and the thickness of this lightly doped region are determined by the predetermined breakdown voltage.
  • a high breakdown voltage means low doping concentration and large thickness of this lightly doped region.
  • high-injection PN diodes When operating at high current density in the flow direction, high-injection PN diodes are subject to high injection, i. Electrons and holes are injected into the lightly doped region. At high injection, its concentration is higher than the doping concentration of the lightly doped region. This will be the
  • Conductivity of the weakly doped region modulated ie, the conductivity is increased. This advantageously reduces the forward voltage.
  • L / F increases to values above IV. This is associated with a correspondingly high, unwanted power loss. Therefore, since a high voltage PN diode requires a thick lightly doped region, the voltage drop in the flux direction over the lightly doped region is relatively large, despite the conductivity modulation.
  • This stream is also referred to as a clearing stream or reverse recovery current.
  • This process ie the height and duration of the purging stream, is determined primarily by the amount of charge carriers stored in the lightly doped region. The more the charge carriers are present, the higher the removal flow. A higher purge flow also means a higher turn-off power dissipation.
  • the high-voltage Schottky diode is a so-called majority charge carrier component in which high injection current does not occur during operation in the flow direction, ie no injection of electrons and holes into the lightly doped region during operation takes place in the flow direction.
  • Conductivity modulation occurs, however, falls when operating with high currents at the weakly doped region from a high voltage. This has hitherto limited the use of high blocking Schottky diodes to very small currents. High-voltage Schottky diodes in silicon technology for high currents are therefore not known.
  • a high-voltage Schottky-barrier Schottky barrier diode (STSBD) with low forward voltage is proposed which can be operated at high current densities and a small one
  • the super trench Schottky Barrier diode (STSBD) of this invention provides a trench structure with multiple Schottky Schottky contacts at the trench wall. In the mesa region, this forms a periodically homogeneous one
  • Doping concentration for a given breakdown voltage can be selected higher by about a factor of 5 to 10 than in a conventional one
  • Fig. 6 Structure of another embodiment of a super trench Schottky barrier diode (STSBD) of this invention.
  • STSBD super trench Schottky barrier diode
  • Fig. 7 Structure of another embodiment of a super trench Schottky barrier diode (STSBD) of this invention.
  • FIG. 1 An inventive embodiment of a super trench Schottky barrier diode (STSBD) is shown in Fig. 1 in cross section.
  • the STSBD consists of an n + -type substrate 10, an n-epilayer 20, trenches 30 etched in the n-epilayer 20 and having a width Wt and a distance from the n + -type substrate 10 D_epi, mesa regions 40 between the adjacent trenches 30 having a width Wm, a Schottky contact metal layer on the front side of the chip 50 - the anode electrode - a metal layer on the back side of the chip 60 - the cathode electrode - and further Schottky contacts 70 on the trench wall Width or a distance D_sk and a distance between the Schottky contacts D_gap.
  • the metal layer 50 covers the trench wall to a depth D_anode and at a distance D_gap to the first Schottky contact 70.
  • the last flooded Schottky contact covers the bottom of the trench.
  • the backside contact represents an ohmic contact. All other metal-semiconductor contacts are Schottky-Konatkte.
  • a space charge zone is formed in the n-epi layer 20 located below the Schottky contact 50.
  • the space charge zone expands with increasing voltage in the direction of the trench bottom.
  • Space charge zone reaches the first floated Schottky contact at a voltage VI, this voltage VI is taken from the first Schottky padded contact.
  • the space charge zone continues to expand with increasing voltage in the direction of the trench bottom. The voltage on the first floated Schottky contact remains unchanged.
  • the space charge zone reaches the nth floated Schottky contact at a higher voltage Vn.
  • the n-th floated Schottky contact assumes the voltage Vn. Again, as the voltage continues to increase, the voltage at the n-th floated Schottky contact remains unchanged.
  • an STSBD of this invention may be electrically referred to as a
  • Breakdown voltages, the doping concentration of the lightly doped region 20 in a STSBD of this invention are chosen to be significantly higher,
  • the flux voltage in the high current density region is much lower since the doping concentration of the lightly doped region is much higher.
  • the forward voltage - measured at low current densities - of an STSBD is smaller than the comparable one
  • Fluxsbond a PN diode can be selected, the forward voltage remains smaller even at higher currents. For example, up to a current density of about 100 A / cm 2 , the forward voltage remains less than 0.7 V and thus below a PN forward voltage.
  • D_gap (distance between the floated Schottky contacts 70 at the trench wall) influences linearity of the stress distribution in the mesa region
  • Wt width of the trench area 30
  • Figures 2 to 5 show simulation results of a 200V STSBD with 12 Schottky Schottky contacts with the following structural parameters and doping concentrations:
  • FIG. 6 shows a further embodiment of an arrangement according to the invention.
  • the floating Schottky contacts 70 bridge the entire trench area 30.
  • Dielectric layers 80 are respectively located between the Schottky contacts 70, so that the individual floating Schottky contacts 70 are electrically connected to each other. isolated from the anode contact 50.
  • oxide layers are preferably used as dielectric layers.
  • FIG. 7 A third embodiment is shown in Fig. 7. It is similar to the structure of the previous example according to Fig.6.
  • the dielectric layers 80 are replaced by n-doped polysilicon or silicon 90.
  • the doping of the layers 90 preferably corresponds to the doping of the n-epi layer 20.

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Abstract

Halbleiteranordnung einer Super-Trench-Schottky-Barrier-Diode (STSBD), bestehend aus einem n+-Substrat 10, einer n-Epischicht 20, in die n-Epischicht 20 eingeätzten Gräben (Trenchs) 30 mit einer Breite Wt und einem Abstand zum n+-Substrat 10 D_epi, Mesa-Bereichen 40 zwischen den benachbarten Gräben 30 mit einer Breite Wm, einer Metallschicht an der Vorderseite des Chips 50 die ein Schottky-Kontakt ist und als Anodenelektrode dient, und einer Metallschicht an der Rückseite des Chips 60 die ein ohmscher Kontakt ist und als Kathodenelektrode dient, dadurch gekennzeichnet, dass sich an der Trenchwand mehrere Schottky-Kontakte 70 mit einer Weite D_sk und einem Anstand zwischen den Schottky-Kontakten D_gap sowie zwischen dem Schottky-Kontakt 50 als Anodenelektrode und dem ersten Schottky-Kontakt 70 befinden.

Description

Beschreibung Titel
Halbleiteranordnung mit Schottkydiode Stand der Technik
Bei dieser Erfindung handelt es sich um Schottkydiode, die sich für
Hochspannungsanwendung eignet und gleichzeitig eine niedrige Flussspannung und eine kleine Schaltverlustleistung aufweist.
Für Hochspannungsanwendung werden in der Regel Hochspannungs-PN- Dioden eingesetzt. Vorteile der Hochspannungs-PN-Dioden sind der niedrige Sperrstrom und die hohe Robustheit. Die Nachteile sind einerseits die hohe Flussspannung UF und andererseits die hohe Schaltverlustleistung.
In einer Hochspannungs-PN-Diode wird die Spannung hauptsächlich von dem schwach dotierten Gebiet übernommen, d.h. die Raumladungszone dehnt sich hauptsächlich in dem schwach dotierten Gebiet aus. Die Dotierkonzentration und die Dicke dieses schwach dotierten Gebiets werden von der vorgegebenen Durchbruchspannung bestimmt. Eine hohe Durchbruchspannung bedeutet niedrige Dotierkonzentration und große Dicke dieses schwach dotierten Gebiets.
Bei Betrieb mit hoher Stromdichte in Flussrichtung herrscht in Hochspannungs- PN-Dioden Hochinjektion, d.h. Elektronen und Löcher werden in das schwach dotierte Gebiet injiziert. Bei Hochinjektion ist deren Konzentration höher als die Dotierkonzentration des schwach dotierten Gebiets. Dadurch wird die
Leitfähigkeit des schwach dotierten Gebiets moduliert, d.h. die Leitfähigkeit wird erhöht. Dies reduziert die Flussspannung in vorteilhafter Weise. Allerdings beginnt der Strom einer Hochspannungs-PN-Diode bei Raumtemperatur erst ab etwa einer Flussspannung l/F=0.7V zu fließen. Unter normalen Betriebsbedingungen, z. B. bei einer Stromdichte >100A/cm2, steigt L/F auf Werte bis über IV an. Damit verbunden ist eine entsprechend hohe, unerwünschte Verlustleistung. Da eine Hochspannungs-PN-Diode ein dickes schwach dotiertes Gebiet benötigt, ist daher der Spannungsabfall in der Flussrichtung über dem schwach dotierten Gebiet, trotz der Leitfähigkeitsmodulation, relativ groß.
Die Ladungsträger Elektronen und Löcher, die während des Betriebs in der Flussrichtung in das schwach dotierte Gebiet injiziert und dort gespeichert sind, müssen beim Abschalten, z.B. bei einer abrupten Stromkommutierung, erst abgebaut werden, bevor die Hochspannungs-PN-Diode überhaupt in der Lage ist wieder Sperrspannung zu übernehmen. Daher fließt der Strom bei einer abrupten Stromkommutierung zuerst in Sperrrichtung weiter, bis die gespeicherten Ladungsträger abgebaut bzw. ausgeräumt sind. Dieser Strom wird auch als Ausräumstrom oder Reverse Recovery Current bezeichnet. Dieser Vorgang, also die Höhe und die Dauer des Ausräumstroms, ist in erster Linie von der Menge der im schwach dotierten Gebiet gespeicherten Ladungsträger bestimmt. Je mehr die Ladungsträger vorliegen, desto höher ist der Ausräumstrom. Ein höherer Ausräumstrom bedeutet auch eine höhere Abschaltverlustleistung. Aus der Integration des Abschaltstroms über die Zeit erhält man die Speicherladung Qrr (Reverse Recovery Charge), die eine wichtige Größe zur Beschreibung der Abschaltverlustleistung ist und möglichst klein sein soll.
Bei der Auslegung Hochspannungs-PN-Dioden muss man immer Kompromisse zwischen der Durchbruchspannung, der Flussspannung und der
Abschaltverlustleistung schließen.
Im Vergleich zu Hochspannungs-PN-Dioden ist die Abschaltverlustleistung bei Hochspannungs-Schottkydioden deutlich geringer. Die Hochspannungs- Schottkydiode ist ein sog. Majoriätsladungsträger-Bauelement, in dem auch bei hoher Stromdichte im Betrieb in der Flussrichtung keine Hochinjektion vorkommt, also keine Injektion von Elektronen und Löchern in das schwach dotierten Gebiet während des Betriebs in Flussrichtung stattfindet.
Da bei einer Hochspannungs-Schottkydiode keine Hochinjektion mit
Leitfähigkeitsmodulation auftritt, fällt beim Betrieb mit hohen Strömen am schwach dotierten Gebiet allerdings eine hohe Spannung ab. Dies beschränkt bisher den Einsatz von hochsperrenden Schottkydioden auf sehr kleine Ströme. Hochspannungs-Schottkydioden in Siliziumtechnik für hohe Ströme sind daher nicht bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Es wird eine Hochspannungs-Schottkydiode in Trenchtechnik (STSBD = Super- Trench-Schottky-Barrier-Diode) mit niedriger Flussspannung vorgeschlagen, die bei hohen Stromdichten betrieben werden kann und eine kleine
Abschaltverlustleistung aufweist. Die bislang gültige Beschränkung auf kleine Flussströme wird damit aufgehoben.
Kern und Vorteile der Erfindung
Die Super-Trench-Schottky-Barrier-Diode (STSBD) dieser Erfindung stellt eine Trenchstruktur mit mehreren gefloateten Schottky- Kontakten an der Trenchwand dar. Dadurch bildet sich im Mesa- Bereich eine periodisch homogene
Feldverteilung und eine nahezu lineare Spannungsverteilung aus. Die
Dotierkonzentration für eine vorgegebene Durchbruchspannung kann etwa um den Faktor 5 bis 10 höher gewählt werden als bei einer konventionellen
Hochspannungs-PN-Diode oder -Schottkydiode. Dadurch wird ein sehr vorteilhafter Designkompromiss zwischen Durchbruchspannung, Flussspannung und Abschaltverlustleistung erzielt.
Besonderer Vorteil der Erfindung:
Im Vergleich zu Hochspannungs-PN-Dioden: niedrigere oder vergleichbare Flussspannung bei hoher Stromdichte, aber deutlich kleinerer
Abschaltverlustleistung.
Im Vergleich zu Hochspannungs-Schottkydioden: deutlich niedrigere
Flussspannung bei hoher Stromdichte.
Zeichnung
Es zeigen: Abb. 1 Struktur der Super-Trench-Schottky-Barrier-Diode (STSBD) als
Ausführungsbeispiel der Erfindung
Abb. 2 Feldverteilung der STSBD dieser Erfindung beim Durchbruch
(Simulation): Cut entlang der Trenchwand. Im Vergleich: Hochspannungs-PN-
Diode, Hochspannungs-Schottkydiode
Abb. 3 Spannungsverteilung der STSBD dieser Erfindung beim Durchbruch (Simulation): Cut entlang der Trenchwand
Abb. 4 Vergleich Flussspannung VF von STSBD dieser Erfindung mit
Hochspannungs-PN-Diode und -Schottkydiode, Stromdichte bis 100A/cm2 (Simulation) Abb. 5 Zeitlicher Spannungs- und Stromverlauf beim Abschalten, Vergleich zwischen STSBD dieser Erfindung und Hochspannungs-PN-Diode (Simulation)
Abb. 6 Struktur einer weiteren Ausführungsform einer Super-Trench-Schottky- Barrier-Diode (STSBD) dieser Erfindung.
Abb. 7 Struktur einer weiteren Ausführungsform einer Super-Trench-Schottky- Barrier-Diode (STSBD) dieser Erfindung.
Detaillierte Beschreibung von Aufbau und Funktion der erfindung mit möglichen Alternativen
Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Super-Trench-Schottky- Barrier-Diode (STSBD) ist in Abb. 1 im Querschnitt dargestellt. Die STSBD besteht aus einem n+-Substrat 10, einer n-Epischicht 20, in die n-Epischicht 20 eingeätzten Gräben (Trenchs) 30 mit einer Breite Wt und einem Abstand zum n+-Substrat 10 D_epi, Mesa- Bereichen 40 zwischen den benachbarten Gräben 30 mit einer Breite Wm, einer als Schottky- Kontakt wirkenden Metallschicht an der Vorderseite des Chips 50 - der Anodenelektrode -, einer Metallschicht an der Rückseite des Chips 60 - der Kathodenelektrode -, und weiteren Schottky- Kontakten 70 an der Trenchwand mit einer Weite bzw. einem Abstand D_sk und einem Abstand zwischen den Schottky- Kontakten D_gap. Die Metallschicht 50 bedeckt die Trenchwand bis zu einer Tiefe D_anode und mit einem Abstand D_gap zum ersten Schottky- Kontakt 70. Die Schottky- Kontakte 70 an der Trenchwand floaten. Der letzte gefloatete Schottky- Kontakt überdeckt den Trenchboden.
Bei der STSBD dieser Erfindung fließen Ströme in der Flussrichtung von dem Schottky- Kontakt 50 als Anodenelektrode durch den Mesa- Bereich 40, den EpiBereich zwischen dem Trenchboden und dem n+-Substrat 10, zur Metallschicht an der Rückseite des Chips 60 als Kathodenelektrode. Über die gefloateten Schottky- Kontakte 70 werden Ströme nur weiter geleitet, da sie niederohmige Strompfade darstellen.
Der Rückseiten kontakt stellt einen ohmschen Kontakt dar. Alle anderen Metall- Halbleiterkontakte sind Schottky- Konatkte.
In der Sperrrichtung bildet sich in der unter dem Schottky- Kontakt 50 befindlichen n-Epischicht 20 eine Raumladungszone aus. Die Raumladungszone dehnt sich mit steigender Spannung in der Richtung Trenchboden aus. Falls die
Raumladungszone bei einer Spannung VI den ersten gefloateten Schottky- Kontakt erreicht, wird diese Spannung VI von dem ersten gefloateten Schottky- Kontakt übernommen. Die Raumladungszone dehnt sich mit weiter steigender Spannung in der Richtung Trenchboden weiter aus. Die Spannung an dem ersten gefloateten Schottky- Kontakt bleibt unverändert.
Analog erreicht die Raumladungszone bei einer höheren Spannung Vn den n-ten gefloateten Schottky- Kontakt. Dabei übernimmt der n-te gefloatete Schottky- Kontakt die Spannung Vn. Wiederum bleibt bei weiter steigender Spannung die Spannung am n-ten gefloateten Schottky- Kontakt unverändert.
Falls die Weite D_sk und der Abstand D_gap in der STSB D-Struktur für alle Schottky- Kontakte 70 gleich gewählt sind, liegt im Mesa-Bereich 40 eine periodisch homogene Feldverteilung vor. Dieser Sachverhalt wird als
Simulationsergebnis in Abb. 2 gezeigt. Die Feldverteilung im Mesa-Bereich wiederholt sich nach einem Abstand D_sk + D_gap immer wieder, bis schließlich der Trenchboden erreicht ist. Die Spannungsverteilung im Mesa-Bereich 40, wie als Simulationsergebnis in Abb. 3 dargestellt, ist dann weitergehend linear. Im Vergleich zu konventionellen Hochspannungs-PN-Dioden oder -Schottkydioden, deren Feldverteilungen ebenfalls in Abb. 2 zu sehen sind, lässt sich bei der STSBD dieser Erfindung bei einer vorgegebenen Dicke des schwach dotierten Gebiets eine wesentlich höhere Spannung unterbringen. „
Im Sperrzustand kann eine STSBD dieser Erfindung elektrisch als eine
Reihenschaltung von mehreren Niederspannungsdioden aufgefasst werden. Im Vorwärtsbetrieb hingegen fällt, im Unterschied zu einer gewöhnlichen
Reihenschaltung von Dioden, nur eine Flussspannung ab, nämlich der
Flussspannung der Schottkydiode, die sich aus Anodenmetall 50 und n- Epischicht 20 zusammensetzt. Daher kann, im Vergleich zu konventionellen Hochspannungs-PN-Dioden oder -Schottkydioden bei vergleichbaren
Durchbruchsspannungen, die Dotierkonzentration des schwach dotierten Gebiets 20 bei einer STSBD dieser Erfindung deutlich höher gewählt werden,
beispielsweise um einen Faktor 5 bis 10. Dadurch fällt am hochohmigen n-Gebiet 20 wesentlich weniger Spannung ab, bzw. es können bei vergleichbarer
Flussspannung wesentlich höhere Flussströme fließen.
Sowohl gegenüber konventionellen Hochspannungs-Schottkydioden als auch gegenüber konventionellen Hochspannungs-PN-Dioden führt dies zu Vorteilen bei der Flussspannung. In Abb. 4 ist dies an Hand von Simulationsergebnissen dargestellt. a) Vergleich mit konventionellen Hochspannungs-Schottkydioden:
Bei der STSBD ist die Flussspannung im Bereich hoher Stromdichte viel niedriger, da die Dotierkonzentration des schwach dotierten Gebiets wesentlich höher ist.
b) Vergleich mit konventionellen Hochspannungs-PN-Dioden:
Da durch geeignete Wahl des Barrierenmetalls die Flussspannung - gemessen bei niedrigen Stromdichten - einer STSBD kleiner als die vergleichbare
Flussspannung einer PN-Diode gewählt werden kann, bleibt die Flussspannung auch bei höheren Strömen kleiner. Bis zu einer Stromdichte von etwa 100A/cm2 bleibt beispielsweise die Flussspannung kleiner als 0,7V und somit unterhalb einer PN-Flussspannung.
Einen wesentlichen Vorteil gegenüber konventionellen Hochspannungs-PN- Dioden stellt insbesondere das schnelle, leistungsarme Ausschaltverhalten der STSBD dar. Da die STSBD dieser Erfindung eine Schottkydiode und in Folge dessen ein Majoritätsladungsträger-Bauelement ist, ist die
Abschaltverlustleistung signifikant kleiner als die einer Hochspannungs-PN- Diode. Ein Beispiel des Vergleichs zwischen der STSBD dieser Erfindung und der Hochspannungs-PN-Diode ist in Abb. 5 dargestellt. Bei der Designüberlegung lassen sich die folgenden Struktur-Parameter optimieren:
D_anode (Weite des Schottky- Kontakts 50 als Anodenelektrode, die die
Trenchwand bedeckt); Trade off zwischen Leckstroms und Flussspannung;
D_sk (Weite der gefloateten Schottky- Kontakte 70 an der Trenchwand):
beeinflusst Entkopplung der einzelnen periodischen Bereichen im Mesa;
D_gap (Abstand zwischen den gefloateten Schottky- Kontakte 70 an der Trenchwand), beeinflusst Linearität der Spannungsverteilung im Mesa- Bereich;
Wt (Breite des Trenchbereichs 30), beeinflusst Flussspannung;
Wm (Breite des Mesa- Bereichs 40), Trade off zwischen Leckstrom und
Flussspannung;
D_epi (Abstand zwischen dem Trenchboden und dem n+-Substrat 10)
Trade off von gesamter Durchbruchspannung und der Spannung des letzten Schottky- Kontakts beim Durchbruch.
Die Abb. 2. bis Abb. 5 zeigen Simulationsergebnisse einer 200V-STSBD mit 12 gefloateten Schottky- Kontakten mit den folgenden Strukturparametern und Dotierkonzentrationen:
Dotierkonzentration der n-Epischicht = l E16/cm3
Dotierkonzentration des n+-Substrats = l E19/cm3
D_anode = 4μηι
D_sk = 0.4μηι
D_gap = Ι.Ομηι
Wt = Wm = Ο.δμηι
D_epi = 5μηι
In Abb. 6 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt. Im Unterschied zu der ersten Anordnung gemäß Abb.l überbrücken die floatenden Schottkykontakte 70 den gesamten Trenchbereich 30. Zwischen den Schottkykontakten 70 befindet sich jeweils dielektrische Schichten 80, so dass die einzelnen floatenden Schottkykontakte 70 elektrisch voneinander bzw. von dem Anodenkontakt 50 isoliert sind. Als dielektrische Schichten finden bevorzugt Oxidschichten Verwendung.
Ein drittes Ausführungsbeispiel ist in Abb. 7 aufgezeigt. Es ähnelt dem Aufbau aus dem vorangegangenen Beispiel gemäß Abb.6. Im Gegensatz dazu sind die dielektrischen Schichten 80 durch n-dotiertes Polysilizium oder Silizium 90 ersetzt. Bevorzugt entspricht die Dotierung der Schichten 90 der Dotierung der n- Epischicht 20.

Claims

Ansprüche
1. Halbleiteranordnung einer Super-Trench-Schottky-Barrier-Diode (STSBD), bestehend aus einem n+-Substrat (10), einer n-Epischicht (20), in die n- Epischicht (20) eingeätzten Gräben bzw. Trenchs (30) mit einer Breite {Wt) und einem Abstand zum n+-Substrat (10) {D_epi), Mesa- Bereichen (40) zwischen den benachbarten Gräben (30) mit einer Breite {Wm), einer Metallschicht an der Vorderseite des Chips (50) die ein Schottky- Kontakt ist und als Anodenelektrode dient, und einer Metallschicht an der Rückseite des Chips (60) die ein ohmscher Kontakt ist und als Kathodenelektrode dient, wobei sich an der Trenchwand mehrere Schottky- Kontakte (70) mit einer Weite bzw. einem Abstand {D_sk) und einem Abstand zwischen den Schottky- Kontakten {D_gap) sowie zwischen dem Schottky- Kontakt (50) als Anodenelektrode und dem ersten Schottky- Kontakt (70) befinden.
2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schottky- Kontakte (70) an der Trenchwand gefloatet sind.
3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht an der Vorderseite des Chips (50), die ein Schottky- Kontakt ist und als Anodenelektrode dient, die Trenchwand bis zu einer Tiefe {D_anode) bedeckt.
4. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden
Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht an der Vorderseite des Chips (50) die Gräben (30) bis zu einer Tiefe {D_anode) ausfüllt.
5. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden
Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der letzte gefloatete Schottky- Kontakt den Trenchboden überdeckt und einen Abstand {D_ep)i zum n+-Substrat (10) hat.
6. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden
Ansprüchen, dadurch gegenzeichnet, dass sich die STSBD-Struktur über eine einheitliche Weite der gefloateten Schottky- Kontakte (70) {D_sk) und über einen einheitlichen Abstand zwischen den Schottky- Kontakten (70) sowie zwischen dem Schottky- Kontakt (50) als Anodenelektrode und dem ersten Schottky- Kontakt (70) {D_gap) verfügt.
7. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden
Ansprüchen, dadurch gegenzeichnet, dass sich die Feldverteilung im Mesa- Bereich nach einem Abstand {D_sk) + {D_gap) periodisch wiederholt.
8. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden
Ansprüchen, dadurch gegenzeichnet, dass die Spannungsverteilung im Mesa- Bereich nahezu linear ist.
9. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden
Ansprüchen, dadurch gegenzeichnet, dass die floatenden Schottkykontakte (70) jeweils den gesamten Trenchbereich überdecken und dass sich zwischen den floatenden Schottkykontakten dielektrische Schichten befinden.
10. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden
Ansprüchen, dadurch gegenzeichnet, dass die floatenden Schottkykontakte (70) jeweils den gesamten Trenchbereich überdecken und dass sich zwischen den floatenden Schottkykontakten Silizium oder Polysilizium befindet.
11. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden
Ansprüchen, dadurch gegenzeichnet, dass die Dotierkonzentration der
Epischicht (20) deutlich höher dotiert ist als in einer konventionellen
Hochspannungs-PN-Diode oder -Schottkydiode.
12. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden
Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine
Durchbruchspannung im Bereich >200V aufweist.
13. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden
Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gräben (30) eine rechteckige Form oder eine U-Form oder ähnliche Form verfügen.
14. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden
Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gräben (30) in Streifenanordnung oder als Inseln angeordnet sind, wobei die Inseln kreisförmig, sechseckig oder sonst wie gestaltet sein.
15. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden
Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gräben (30) durch Ätzen in die n-Epischicht hergestellt werden.
16. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden
Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass alle Halbleiterschichten aus dem jeweils gegensätzlichen Leitfähigkeitstyp bestehen und die Bezeichnungen von Anoden- und Katodenanschlüsse vertauscht sind.
17. Halbleiteranordnung nach einem der vorangestellten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass sie als Bauelement ausgestaltet ist und eine lötbare Vorder- und Rückseitenmetallisierung besitzt.
18. Halbleiteranordnung nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente als Einpressdioden ausgestaltet sind und in einem
Einpressdiodengehäuse montiert sind.
19. Halbleiteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einpressdioden in einem Gleichrichter eines Kfz- Generators eingesetzt sind.
PCT/EP2011/065614 2010-10-29 2011-09-09 Halbleiteranordnung mit schottkydiode WO2012055627A1 (de)

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