DE10048165A1 - Leistungshalbleiterbauelement mit Stoppzone - Google Patents

Abstract

Leistungs-IGBT (1) mit einem Körper (10) aus unterschiedlich dotiertem Halbleitermaterial, der einen Kollektor (17) des Leitungstyps (p) und einer relativ höheren Dotierungskonzentration (p·+·) und eine Basis (16) des Leitungstyps (n) und einer relativ zur höheren Dotierungskonzentration (p·+·) niedrigeren Dotierungskonzentration (n·-·) der des IGBT aufweist. Die Basis (16) grenzt an den Kollektor (17) und weist beim Kollektor (17) eine Stoppzone (16'') des Leitungstyps (n), aber einer relativ zur Basis (16) höheren Dotierungskonzentration (n·+·) auf. Zwischen der Stoppzone (16'') und dem Kollektor (17) ist erfindungsgemäß ein Teilbereich (16''') der Basis (16) vorhanden, der den Leitungstyp (n) auf der Basis (16) und eine relativ zur Stoppzone (16'') und zum Kollektor (17) niedrigere Dotierungskonzentration (n) aufweist. Auch ein Leistungsthyristor und eine Leistungsdiode sind beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleiterbauelement mit einem Körper aus unterschiedlich dotiertem Halbleitermateri­ al, wobei der Körper aufweist:

• - Einen dotierten Bereich eines bestimmten Leitungstyps und einer relativ höheren Dotierungskonzentration, und
• - einen dotierten Bereich eines bestimmten Leitungstyps und einer relativ zur höheren Dotierungskonzentration niedrige­ ren Dotierungskonzentration, wobei
• - der Bereich niedrigerer Dotierungskonzentration flächig an den Bereich höherer Dotierungskonzentration grenzt und bei diesem Bereich eine parallel zu einer Grenzfläche zwischen diesem Bereich und dem Bereich niedrigerer Dotierungskon­ zentration sich erstreckende Stoppzone des Leitungstyps dieses Bereichs, aber einer relativ zur niedrigeren Dotie­ rungskonzentration dieses Bereichs höheren Dotierungskon­ zentration enthält, wobei
• - in einem Durchlassbetrieb des Bauelements der Bereich höhe­ rer Dotierungskonzentration und der Bereich niedrigerer Do­ tierungskonzentration einschließlich der Stoppzone von ei­ nem elektrischen Strom senkrecht zur Grenzfläche durchflos­ sen sind.

Bei einem Bauelement der genannten Art kann während eines Ab­ schaltvorganges ein sogenanntes Abreißen des Bauelements auf­ treten. Ein Abreißen des Bauelements sollte vermieden werden, da dieser Effekt eine Zerstörung des Bauelements mit sich bringen kann.

Bisher wird das Abreißen des Bauelements vor allem dadurch vermieden, dass eine Dicke des Körpers aus Halbleitermaterial des Bauelements ausreichend groß gewählt wird, so dass wäh­ rend des Abschaltens aus einer neutralen Zone des an den Be­ reich höherer Dotierungskonzentration grenzenden Bereichs niedrigerer Dotierungskonzentration des Bauelements noch ge­ nügend Ladungsträger nachgeliefert werden können. Dies bringt aber wiederum erhöhte Verluste im Bauelement mit sich. Insbe­ sondere ist ein solches Vorgehen dann problematisch, wenn das Bauelement auch eine gute Höhenstrahlungsfestigkeit aufweisen soll und deswegen im Bereich niedrigerer Dotierungskonzentra­ tion eine sehr geringe Grunddotierung - meistens in Verbin­ dung einer flächig an den Bereich relativ höherer Dotierungs­ konzentration grenzenden Stoppzone höherer Dotierungskonzent­ ration des Bereichs niedrigerer Dotierungskonzentration - vorliegt.

Aufgabe der Erfindung ist es ein Leistungshalbleiterbauele­ ment bereitzustellen, das einerseits eine möglichst geringe Bauelementdicke aufweist, um somit die im Betrieb auftreten­ den Leistungsverluste so gering wie möglich zu halten, und das andererseits aber auch beim Abschalten ein möglichst wei­ ches Abschaltverhalten aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merk­ male gelöst.

Gemäß dieser Lösung weist der Körper aus unterschiedlich do­ tiertem Halbleitermaterial des Leistungshalbleiterbauelements auf:

• - Einen dotierten Bereich eines bestimmten Leitungstyps und einer relativ höheren Dotierungskonzentration, und
• - einen dotierten Bereich eines bestimmten Leitungstyps und einer relativ zur höheren Dotierungskonzentration niedrige­ ren Dotierungskonzentration, wobei
• - der Bereich niedrigerer Dotierungskonzentration flächig an den Bereich der höheren Dotierungskonzentration grenzt und bei diesem Bereich eine parallel zu einer Grenzfläche zwi­ schen diesem Bereich und dem Bereich niedrigerer Dotie­ rungskonzentration sich erstreckende Stoppzone des Lei­ tungstyps dieses Bereichs, aber einer relativ zur niedrigeren Dotierungskonzentration dieses Bereichs höheren Dotie­ rungskonzentration enthält, wobei
• - die Stoppzone in einem Abstand von der Grenzfläche angeord­ net ist, so dass zwischen der Stoppzone und der Grenzfläche ein Teilbereich des Bereichs niedrigerer Dotierungskonzent­ ration vorhanden ist, der den Leitungstyp dieses Bereichs und eine relativ zur Stoppzone dieses Bereichs und zu dem Bereich höherer Dotierungskonzentration niedrigere Dotie­ rungskonzentration aufweist, wobei
• - in einem Durchlassbetrieb des Bauelements der Bereich höhe­ rer Dotierungskonzentration und der Bereich niedrigerer Do­ tierungskonzentration einschließlich des Teilbereichs und der Stoppzone von einem elektrischen Strom senkrecht zur Grenzfläche durchflossen sind.

Erfindungswesentlich ist das Merkmal, dass die Stoppzone in einem Abstand von der Grenzfläche angeordnet ist, so dass zwischen der Stoppzone und der Grenzfläche ein Teilbereich des Bereichs niedrigerer Dotierungskonzentration vorhanden ist, der den Leitungstyp dieses Bereichs und eine relativ zur Stoppzone dieses Bereichs und zu dem Bereich höherer Dotie­ rungskonzentration niedrigere Dotierungskonzentration auf­ weist.

In dem dotierten Teilbereich können vorteilhafterweise wäh­ rend des Abschaltvorgangs freie Ladungsträger über eine ge­ wisse Zeit gespeichert werden, um zum geeigneten Zeitpunkt zu dem durch das Bauelement während des Abschaltvorganges flie­ ßenden Strom beitragen zu können und somit eine zu schnelle zeitliche Abnahme des Stroms und damit den sogenannten Abriss zu vermeiden.

Durch die Erfindung ist vorteilhafterweise ein Leistungshalb­ leiterbauelement mit optimierter Stoppzone bereitgestellt.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauelements sind der Leitungstyp des Bereichs niedrigerer Dotierungskonzentration und der Leitungstyp des Bereichs höhe­ rer Dotierungskonzentration zueinander entgegengesetzt.

Eine bevorzugte Ausgestaltung dieser Ausführungsform ist so ausgebildet, dass das Bauelement ein Leistungs-IGBT ist, bei dem der Bereich höherer Dotierungskonzentration einen Kollek­ tor und der die Stoppzone höherer Dotierungskonzentration und den Teilbereich der relativ zur Stoppzone und dem Kollektor niedrigeren Dotierungskonzentration aufweisende Bereich nied­ rigerer Dotierungskonzentration eine Basis des IGBT definie­ ren.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung dieser Ausführungsform ist so ausgebildet, dass das Bauelement ein Leistungsthy­ ristor ist, bei dem der Bereich höherer Dotierungskonzentra­ tion einen anodenseitigen Emitter und der die Stoppzone höhe­ rer Dotierungskonzentration und den Teilbereich der relativ zur Stoppzone und dem Emitter niedrigeren Dotierungskonzent­ ration aufweisende Bereich niedrigerer Dotierungskonzentrati­ on eine anodenseitige Basis Thyristors definieren.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Bauelements sind der Leitungstyp des Bereichs niedrigerer Dotierungskonzentration und der Leitungstyp des Bereichs höherer Dotierungskonzentration zueinander gleich.

Eine bevorzugte Ausgestaltung dieser anderen Ausführungsform ist so ausgebildet, dass das Bauelement eine Leistungsdiode ist, bei welcher der Bereich höherer Dotierungskonzentration einen Emitter und der die Stoppzone höherer Dotierungskon­ zentration und den Teilbereich der relativ zur Stoppzone und dem Emitter niedrigeren Dotierungskonzentration aufweisende Bereich niedrigerer Dotierungskonzentration eine Driftzone der Diode definieren. Insbesondere bei Leistungsdioden ist ein möglichst weiches Abschaltverhalten wichtig, damit das Abreißen dieses Bauelements während des Abschaltvorgangs ver­ mieden wird.

Bevorzugter- und vorteilhafterweise ist die höhere Dotie­ rungskonzentration der Stoppzone des Bereichs niedrigerer Do­ tierungskonzentration höchstens gleich derjenigen des Be­ reichs höherer Dotierungskonzentration, obgleich die Dotie­ rungskonzentration der Stoppzone auch höher als die Dotie­ rungskonzentration des Bereichs höherer Dotierungskonzentra­ tion sein kann.

Der Abstand der Stoppzone von der Grenzfläche zwischen dem Bereich niederigerer Dotierungskonzentration und dem Bereich höherer Dotierungskonzentration beträgt vorzugsweise 10 µm bis 30 µm.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Bauelements ist darin zu sehen, dass im Körper aus Halbleitermaterial des Bauelements der Verlauf eines elektrischen Feldes in Richtung in Richtung senkrecht zur Grenzfläche zwischen dem Bereich niedrigerer Dotierungskonzentration und dem Bereich höherer Dotierungskonzentration in gewissen Grenzen unabhängig von der Einstellung eines Wirkungsgrades des Bereiches höherer Dotierungskonzentration eingestellt werden kann, wodurch eine ausreichende Kurzschlussfestigkeit dieses Bauelements leich­ ter realisiert werden kann. Dies z. B. insbesondere bei einem Thyristor oder IGBT mit p-dotiertem anodenseitigen Emitter bzw. Kollektor. Der Grund dafür ist, dass jetzt vorteilhaft­ erweise der dynamische Emitter- bzw. Kollektorwirkungsgrad und der statische Emitter- bzw. Kollektorwirkungsgrad entkop­ pelt sind und unabhängig voneinander eingestellt werden kön­ nen.

Der Körper aus unterschiedlich dotiertem Halbleitermaterial eines erfindungsgemäßen Bauelements lässt sich z. B. durch E­ pitaxieprozesse realisieren, bei denen das Dotierungsprofil des Körpers zwischen Oberflächenabschnitten dieses Körpers über eine zeitliche Variation der angebotenen Dotierstoffmen­ ge eingestellt wird. Ebenso kann das Dotierungsprofil durch die Anwendung von Hochenergie-Ionenimplantation realisiert werden.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das sogenannte Wafer­ bondingverfahren (siehe z. B. Q-Y. Tong, Proceedings of the ECS Conference 1999, Vol. 99-2) anzuwenden, und zwar in der Art, dass z. B. der höher dotierte Bereich des Körpers in ei­ ner höher bis hoch dotierten Scheibe aus Halbleitermaterial erzeugt wird, für den niedriger dotierten Bereich eine nied­ riger bis niedrig dotierte Scheibe aus Halbleitermaterial verwendet wird, in der in einem oberflächennahen Bereich die­ ser Scheibe die Stoppzone und der Teilbereich und ggf. ein sonstiger höher dotierter Bereich des Körpers erzeugt werden, und dass die beiden Scheiben zum Körper aus unterschiedlich dotiertem Halbleitermaterial miteinander verbunden werden.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen beispielhaften erfin­ dungsgemäßen Leistungs-IGBT in Richtung senkrecht zur Grenzfläche zwischen den Bereichen höherer und nied­ rigerer Dotierungskonzentration,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen beispielhaften erfin­ dungsgemäßen Leistungsthyristor in Richtung senkrecht zur Grenzfläche zwischen den Bereichen höherer und niedrigerer Dotierungskonzentration, und

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine beispielhafte erfin­ dungsgemäße Leistungsdiode in Richtung senkrecht zur Grenzfläche zwischen den Bereichen höherer und nied­ rigerer Dotierungskonzentration.

Die Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.

Der beispielhafte Leistungs-IGBT 1 nach Fig. 1 weist einen Körper 10 aus unterschiedlich dotiertem Halbleitermaterial, beispielsweise Silizium, auf, der zwei voneinander abgekehrte Oberflächenabschnitte 11 und 12 aufweist, von denen der Ober­ flächenabschnitt 11 ein kathodenseitiger Oberflächenabschnitt des Körpers 10 ist, auf den eine diesen Oberflächenabschnitt 11 nur teilweise bedeckende Schicht 13 aus elektrisch isolie­ rendem Material aufgebracht ist, und der Oberflächenabschnitt 12 ein anodenseitiger Oberflächenabschnitt des Körpers 10 ist.

Auf den links der Schicht 13 freiliegenden Teil 110 des ka­ thodenseitigen Oberflächenabschnitts 11 des Körpers 10 ist eine nicht dargestellte kathodenseitige Emitterelektrode des IGBT 1 aufgebracht, auf der elektrisch isolierenden Schicht 13 ist eine nicht dargestellte und vom Halbleitermaterial des Körper 10 elektrisch isolierte Gate-Elektrode des IGBT 1 an­ geordnet, und auf den anodenseitigen Oberflächenabschnitt 12 ist eine nicht dargestellte anodenseitige Kollektorelektrode des IGBT 1 aufgebracht.

An den freiliegenden Teil 110 des kathodenseitigen Oberflä­ chenabschnitts 11 grenzt ein von der kathodenseitige Emitter­ elektrode des IGBT 1 kontaktierter n-dotierter Bereich 14 ei­ ner relativ höheren Dotierungskonzentration n, n⁺ oder n⁺⁺ des Körpers 10, der einen Emitter des IGBT 1 definiert.

Der Bereich 14 ist von einem p-dotiertem Bereich 15 einer re­ lativ höheren Dotierungskonzentration p, p⁺ oder p⁺⁺ des Kör­ pers 10 umgeben, welcher Bereich 15 außerhalb des n-dotierten Bereichs 14 an den kathoden- oder emitterseitigen Oberflä­ chenabschnitt 11 grenzt.

An den p-dotiertem Bereich 15 grenzt ein unter der elektrisch isolierenden Schicht 13 an den kathodenseitigen Oberflächen­ abschnitt 11 grenzender n-dotierter Bereich 16' einer relativ niedrigeren Dotierungskonzentration n oder n^- des Körpers 10.

An den n-dotierten Bereich 16' grenzt auf der vom kathoden­ seitigen Oberflächenabschnitt 11 abgekehrten und dem anoden­ seitigen Oberflächenabschnitt 12 zugekehrten Seite des Be­ reichs 16' eine Stoppzone 16" des Körpers 10, die eine rela­ tiv höhere Dotierungskonzentration n, n⁺ oder n⁺⁺ aufweist.

Auf der vom kathodenseitigen Oberflächenabschnitt 11 abge­ kehrten und dem anodenseitigen Oberflächenabschnitt 12 zuge­ kehrten Seite der n-dotierten Stoppzone 16" grenzt an die Stoppzone 16" ein ebenfalls n-dotierter Bereich 16''' einer relativ niedrigeren Dotierungskonzentration n oder n^-.

An den n-dotierten Bereich 16''' grenzt auf der vom kathoden­ seitigen Oberflächenabschnitt 11 abgekehrten und dem anoden­ seitigen Oberflächenabschnitt 12 zugekehrten Seite des Be­ reichs 16''' ein zugleich an den anodenseitigen Oberflächen­ abschnitt 12 grenzender und von der nicht dargestellten ano­ denseitigen Kollektoerelektrode des IGBT 1 kontaktierter und einen Kollektor des IGBT 1 bildender p-dotierter Bereich 17 relativ höherer Dotierungskonzentration p, p⁺ oder p⁺⁺ des Körpers 10.

Der Bereich 16', die Stoppzone 16" und der Bereich 16''' de­ finieren gemeinsam einen dotierten Bereich 16 relativ niedri­ gerer Dotierungskonzentration n oder n^- des IGBT 1, welcher Bereich 16 eine über die nicht dargestellte Gate-Elektrode auf der elektrisch isolierenden Schicht 13 gesteuerte Basis des IGBT 1 bildet.

Der Bereich 16''' ist der erfindungsgemäße Teilbereich des Bereichs 16 niedrigerer Dotierungskonzentration n oder n^- des IGBT 1 und bildet zusammen mit dem Bereich 17 höherer Dotie­ rungskonzentration p, p⁺ oder p⁺⁺ die Grenzfläche 167 zwi­ schen dem Bereich 16 niedrigerer Dotierungskonzentration n oder n^- und dem Bereich 17 höherer Dotierungskonzentration p, p⁺ oder p⁺⁺.

Der Teilbereich 16''', der den Leitungstyp n des Bereichs 16 niedrigerer Dotierungskonzentration n oder n^- aufweist, hat eine relativ zur Stoppzone 16" dieses Bereichs 16 und zu dem Bereich 17 höherer Dotierungskonzentration p, p⁺ oder p⁺⁺ niedrigere Dotierungskonzentration n, n^-.

Aufgrund des Teilbereichs 16''' ist erfindungsgemäß die Stoppzone 16" des Bereichs 16 niedrigerer Dotierungskonzent­ ration n oder n^- in einem Abstand d von der Grenzfläche 167 angeordnet.

Der elektrische Strom I fließt in einer der Richtungen des zur Grenzfläche 167 senkrechten Doppelpfeiles 168 durch den Körper 10 des IGBT 1.

Der beispielhafte Leistungsthyristor 2 nach Fig. 2 weist ei­ nen Körper 20 aus unterschiedlich dotiertem Halbleitermateri­ al, beispielsweise Silizium, auf, der zwei voneinander abge­ kehrte Oberflächenabschnitte 21 und 22 aufweist, von denen der Oberflächenabschnitt 21 ein kathodenseitiger Oberflächen­ abschnitt des Körpers 20 ist, auf den eine nicht dargestell­ te, diesen Oberflächenabschnitt 21 nur teilweise bedeckende Kathodenelektrode des Thyristors 2 aufgebracht ist, und der Oberflächenabschnitt 22 ein anodenseitiger Oberflächenab­ schnitt des Körpers 20 ist, auf den eine nicht dargestellte Anodenelektrode des Thyristors 2 aufgebracht ist.

An den unter der nicht dargestellten Kathodenelektrode des Thyristors 2 befindlichen Teil 210 des kathodenseitigen Ober­ flächenabschnitts 21 grenzt ein von der Kathodenelektrode kontaktierter n-dotierter Bereich 24 einer relativ höheren Dotierungskonzentration n, n⁺ oder n⁺⁺ des Körpers 20, der einen kathodenseitigen Emitter des Thyristors 2 definiert.

Der Bereich 24 liegt ganz in einem außerhalb des n-dotierten Bereichs 24 an den kathodenseitigen Oberflächenabschnitt 21 grenzenden p-dotiertem Bereich 25 einer relativ höheren Do­ tierungskonzentration p, p⁺ oder p⁺ des Körpers 20.

An den p-dotiertem Bereich 25 grenzt auf der vom kathodensei­ tigen Oberflächenabschnitt 21 abgekehrten und dem anodensei­ tigen Oberflächenabschnitt 22 zugekehrten Seite des Bereichs 25 ein n-dotierter Bereich 26' einer relativ niedrigeren Do­ tierungskonzentration n oder n^- des Körpers 20.

An den n-dotierten Bereich 26' grenzt auf der vom kathoden­ seitigen Oberflächenabschnitt 21 abgekehrten und dem anoden­ seitigen Oberflächenabschnitt 22 zugekehrten Seite des Be­ reichs 26' eine Stoppzone 26" des Körpers 20, die eine rela­ tiv höhere Dotierungskonzentration n, n⁺ oder n⁺⁺ aufweist.

Auf der vom kathodenseitigen Oberflächenabschnitt 21 abge­ kehrten und dem anodenseitigen Oberflächenabschnitt 22 zuge­ kehrten Seite der n-dotierten Stoppzone 26" grenzt an die Stoppzone 26" ein ebenfalls n-dotierter Bereich 26''' einer relativ niedrigeren Dotierungskonzentration n oder n^-.

An den n-dotierten Bereich 26''' grenzt auf der vom kathoden­ seitigen Oberflächenabschnitt 21 abgekehrten und dem anoden­ seitigen Oberflächenabschnitt 22 zugekehrten Seite des Be­ reichs 26''' ein zugleich an den anodenseitigen Oberflächen­ abschnitt 22 grenzender und von der nicht dargestellten Ano­ denelektrode kontaktierter p-dotierter Bereich 27 relativ hö­ herer Dotierungskonzentration p, p⁺ oder p⁺⁺ des Körpers 20.

Der n-dotierte Bereich 24 bildet einen kathodenseitigen Emit­ ter des Thyristors 2.

Der p-dotierte Bereich 25 bildet eine kathodenseitige Basis des Thyristors 2.

Der Bereich 26', die Stoppzone 26" und der Bereich 26''' de­ finieren gemeinsam einen dotierten Bereich 16 relativ niedrigerer Dotierungskonzentration n oder n^- des Thyristors 2, welcher Bereich 16 eine anodenseitige Basis des Thyristors 2 bildet.

Der p-dotierte Bereich 27 relativ höherer Dotierungskonzent­ ration p, p⁺ oder p⁺⁺ bildet einen von der Anodenelektrode kontaktierten anodenseitigen Emitter des Thyristors 2.

Der Bereich 26''' ist der erfindungsgemäße Teilbereich des Bereichs 26 niedrigerer Dotierungskonzentration n oder n^- des Thyristors 2 und bildet zusammen mit dem Bereich 27 höherer Dotierungskonzentration p, p⁺ oder p⁺⁺ die Grenzfläche 267 zwischen dem Bereich 26 niedrigerer Dotierungskonzentration n oder n^- und dem Bereich 27 höherer Dotierungskonzentration p, p⁺ oder p⁺⁺.

Der Teilbereich 26''', der den Leitungstyp n des Bereichs 26 niedrigerer Dotierungskonzentration n oder n^- aufweist, hat eine relativ zur Stoppzone 26 " dieses Bereichs 26 und zu dem Bereich 27 höherer Dotierungskonzentration p, p⁺ oder p⁺⁺ niedrigere Dotierungskonzentration n, n^-.

Aufgrund des Teilbereichs 26''' ist erfindungsgemäß die Stoppzone 26" des Bereichs 26 niedrigerer Dotierungskonzent­ ration n oder n^- in einem Abstand d von der Grenzfläche 267 angeordnet.

In dem rechts vom n-dotierten Bereich 24 des Körpers 20 ist eine nicht dargestellte und allgemein bekannte Zündstruktur zum Zünden des Thyristors 2 integriert.

Der elektrische Strom I fließt in einer der Richtungen des zur Grenzfläche 267 senkrechten Doppelpfeiles 268 durch den Körper 20 des Thyristors 2.

Die beispielhafte Leistungsdiode 3 nach Fig. 3 weist einen Körper 30 aus unterschiedlich dotiertem Halbleitermaterial, beispielsweise Silizium, auf, der zwei voneinander abgekehrte Oberflächenabschnitte 31 und 32 aufweist. Sowohl auf den O­ berflächenabschnitt 31 als auch den Oberflächenabschnitte 32 ist je eine nicht dargestellte Anschlusselektrode der Diode 3 aufgebracht.

An den unter der nicht dargestellten Anschlusselektrode der Diode 3 befindlichen Oberflächenabschnitt 32 grenzt ein von dieser Anschlusselektrode kontaktierter p-dotierter Bereich 35 einer relativ höheren Dotierungskonzentration p, p⁺ oder p⁺⁺ des Körpers 30. Dieser Bereich 35 definiert einen p­ dotierten Emitter der Diode 3.

Auf der vom Oberflächenabschnitt 32 abgekehrten und dem Ober­ flächenabschnitt 31 zugekehrten Seite des p-dotiertem Be­ reichs 35 grenzt ein n-dotierter Bereich 36' einer relativ niedrigeren Dotierungskonzentration n oder n des Körpers 30.

An den n-dotierten Bereich 36' grenzt auf der vom Oberflä­ chenabschnitt 32 abgekehrten und dem Oberflächenabschnitt 31 zugekehrten Seite des n-dotierten Bereichs 36' eine Stoppzone 36" des Körpers 30, die eine relativ höhere Dotierungskon­ zentration n, n⁺ oder n⁺ aufweist.

Auf der vom Oberflächenabschnitt 32 abgekehrten und dem Ober­ flächenabschnitt 31 zugekehrten Seite der n-dotierten Stopp­ zone 36" grenzt an die Stoppzone 36" ein n-dotierter Be­ reich 36''' des Körpers 30, welcher Bereich 36''' eine rela­ tiv niedrigere Dotierungskonzentration n oder n^- aufweist.

An den n-dotierten Bereich 36''' grenzt auf der vom Oberflä­ chenabschnitt 32 abgekehrten und dem Oberflächenabschnitt 31 zugekehrten Seite des Bereichs 36''' ein zugleich an den O­ berflächenabschnitt 31 grenzender und von der nicht darge­ stellten Anschlusselektrode auf diesem Oberflächenbereich 31 kontaktierter n-dotierter Bereich 37 einer relativ höheren Dotierungskonzentration n, n⁺ oder n⁺⁺ des Körpers 30. Dieser Bereich 37 definiert einen n-dotierten Emitter der Diode 3.

Der Bereich 36', die Stoppzone 36" und der Bereich 36''' de­ finieren gemeinsam einen dotierten Bereich 36 relativ niedri­ gerer Dotierungskonzentration n oder n^- der Diode 3, welcher Bereich 36 eine Driftzone der Diode 3 bildet.

Der Bereich 36''' ist der erfindungsgemäße Teilbereich des Bereichs 36 niedrigerer Dotierungskonzentration n oder n^- der Diode 3 und bildet zusammen mit dem Bereich 37 höherer Dotie­ rungskonzentration n, n⁺ oder n⁺⁺ die Grenzfläche 367 zwi­ schen dem Bereich 36 niedrigerer Dotierungskonzentration n oder n^- und dem Bereich 37 höherer Dotierungskonzentration n, n⁺ oder n⁺⁺.

Der Teilbereich 36''', der den Leitungstyp n des Bereichs 36 niedrigerer Dotierungskonzentration n oder n^- aufweist, hat eine relativ zur Stoppzone 36" dieses Bereichs 36 und zu dem Bereich 37 höherer Dotierungskonzentration n, n⁺ oder n⁺⁺ niedrigere Dotierungskonzentration n, n^-.

Aufgrund des Teilbereichs 36''' ist erfindungsgemäß die Stoppzone 36" des Bereichs 36 niedrigerer Dotierungskonzent­ ration n oder n^- in einem Abstand d von der Grenzfläche 367 angeordnet.

Der elektrische Strom I fließt in einer der Richtungen des zur Grenzfläche 367 senkrechten Doppelpfeiles 368 durch den Körper 10 der Diode 3.

Die Dicke d des Teilbereichs 16''', 26''' oder 36''' muss in jedem Fall ausreichend groß gewählt werden, damit ein ausrei­ chender Beitrag zu dem durch das jeweilige Bauelement 1, 2, bzw. 3 während des Abschaltvorgangs fließenden elektrischen Strom I gewährleistet ist. Andererseits sollte dieser Teilbe­ reich 16''', 26''' bzw. 36''' aber auch nicht zu dick sein, da ansonsten die im Durchlasszustand des jeweiligen Bauele­ ments 1, 2, bzw. 3 abfallende Spannung zu groß werden würde. Als typische Dicke d für den Teilbereich 16''', 26''' bzw. 36''' kommen z. B. 10-30 µm in Frage.

Der Körper 10, 20 oder 30 lässt sich jeweils z. B. durch Epi­ taxieprozesse auf einkristllinen Siliziumscheiben realisie­ ren, bei denen das anodenseitige, die Stoppzone enthaltende Dotierungsprofil des Körpers 10, 20 bzw. 30 zwischen dessen Oberflächenabschnitten 11 und 12, 21 und 22 bzw. 32 und 31 über eine zeitliche Variation der angebotenen Dotierstoffmen­ ge eingestellt werden. Ebenso kann ein derartiges anodensei­ tiges Dotierungsprofil durch die Anwendung von Hochenergie- Ionenimplantation (von z. B. Phosphor oder Selen) realisiert werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Waferbon­ dingverfahren anzuwenden, und zwar in der Art, dass z. B. die Stoppzone 16", 26" bzw. 36" und der Teilbereich 16''', 26''' bzw. 36''' im oberflächennahen Bereich einer von zwei Scheiben aus Halbleitermaterial erzeugt werden, und der Be­ reich 17, 27 bzw. 37 höherer Dotierungskonzentration in der anderen, höher dotierten Scheibe erzeugt wird, die mit der einen Scheibe zu verbinden ist.

Claims (8)

1. Leistungshalbleiterbauelement mit einem Körper (10; 20; 30) aus unterschiedlich dotiertem Halbleitermaterial, wobei der Körper (10; 20; 30) aufweist:
Einen dotierten Bereich (17; 27; 37) eines bestimmten Lei­ tungstyps (p, n) und einer relativ höheren Dotierungskon­ zentration (n, n⁺, n⁺⁺; p⁺, p⁺⁺), und
einen dotierten Bereich (16; 26; 36) eines bestimmten Lei­ tungstyps (n, p) und einer relativ zur höheren Dotierungs­ konzentration (n, n⁺, n⁺⁺; p, p+, p⁺⁺) niedrigeren Dotie­ rungskonzentration (n, n^-; p, p^-), wobei
der Bereich (16; 26; 36) niedrigerer Dotierungskonzentrati­ on (n, n^-; p, p^-) flächig an den Bereich (17; 27; 37) der höheren Dotierungskonzentration ( n⁺, n⁺⁺; p⁺, p⁺⁺) grenzt und bei diesem Bereich (17; 27; 37) eine parallel zu einer Grenzfläche (167; 267; 367) zwischen diesem Bereich (17; 27; 37) und dem Bereich (16; 26; 36) niedrigerer Dotie­ rungskonzentration (n, n^-; p, p^-) sich erstreckende Stopp­ zone (16"; 26"; 36") des Leitungstyps (n, p) dieses Be­ reichs (16; 26; 36), aber einer relativ zur niedrigeren Do­ tierungskonzentration (n, n^-; p, p^-) dieses Bereichs (16; 26; 36) höheren Dotierungskonzentration (n, n⁺, n⁺⁺; p, p⁺, p⁺⁺) enthält, wobei
die Stoppzone (16"; 26"; 36") in einem Abstand (d) von der Grenzfläche (167; 267; 367) angeordnet ist, so dass zwischen der Stoppzone (16"; 26"; 36") und der Grenzflä­ che (167; 267; 367) ein Teilbereich (16'''; 26'''; 36''') des Bereichs (16; 26; 36) niedrigerer Dotierungskonzentra­ tion (n, n^-; p, p^-) vorhanden ist, der den Leitungstyp (n, p) dieses Bereichs (16; 26; 36) und eine relativ zur Stopp­ zone (16"; 26"; 36") dieses Bereichs (16; 26; 36) und zu dem Bereich (17; 27; 37) höherer Dotierungskonzentration (n, n⁺, n⁺⁺; p, p⁺, p⁺⁺) niedrigere Dotierungskonzentration (n, n^-; p, p^-) aufweist, wobei
in einem Durchlassbetrieb des Bauelements (1; 2; 3) der Be­ reich (17; 27; 37) höherer Dotierungskonzentration (n, n⁺, n⁺⁺; p, p⁺, p⁺⁺) und der Bereich (16; 26; 36) niedrige­ rer Dotierungskonzentration (n, n^-; p, p^-) einschließlich des Teilbereichs (16'''; 26'''; 36''') und der Stoppzone (16"; 26"; 36") von einem elektrischen Strom (I) senk­ recht zur Grenzfläche (176; 267; 367) durchflossen sind.

2. Bauelement nach Anspruch 1, wobei der Leitungstyp (n; p) des Bereichs (16; 26) niedrigerer Dotierungskonzentration (n, n^-; p, p^-) und der Leitungstyp (p; n) des Bereichs (17; 27) höherer Dotierungskonzentration (p, p⁺, p⁺⁺; n, n⁺, n⁺⁺) zu­ einander entgegengesetzt sind.

3. Bauelement nach Anspruch 2, wobei das Bauelement ein Leistungs-IGBT (1) ist, bei dem der Bereich (17) höherer Do­ tierungskonzentration (p, p⁺, p⁺⁺) einen Kollektor und der die Stoppzone (16") höherer Dotierungskonzentration (n, n⁺, n⁺⁺) und den Teilbereich (16''') der relativ zur Stoppzone (16") und dem Kollektor (17) niedrigeren Dotierungskonzentration (n, n^-) aufweisende Bereich (16) niedrigerer Dotierungskon­ zentration (n, n^-) eine Basis des IGBT (1) definieren.

4. Bauelement nach Anspruch 2, wobei das Bauelement ein Leistungsthyristor (2) ist, bei dem der Bereich (27) höherer Dotierungskonzentration (p, p⁺, p⁺⁺) einen anodenseitigen E­ mitter und der die Stoppzone (26") höherer Dotierungskon­ zentration (n, n⁺, n⁺⁺) und den Teilbereich (26''') der rela­ tiv zur Stoppzone (26") und dem Emitter (27) niedrigeren Do­ tierungskonzentration (n, n^-) aufweisende Bereich (26) nied­ rigerer Dotierungskonzentration (n, n^-) eine anodenseitige Basis Thyristors (2) definieren.

5. Bauelement nach Anspruch 1, wobei der Leitungstyp (n, p) des Bereichs (36) niedrigerer Dotierungskonzentration (n, n^-; p, p^-) und der Leitungstyp (n) des Bereichs (37) höherer Do­ tierungskonzentration (n, n⁺, n⁺⁺; p, p⁺, p⁺⁺) zueinander gleich sind.

6. Bauelement nach Anspruch 5, wobei das Bauelement eine Leistungsdiode (3) ist, bei welcher der Bereich (37) höherer Dotierungskonzentration (n, n⁺, n⁺⁺) einen Emitter und der die Stoppzone (36") höherer Dotierungskonzentration (n, n⁺, n⁺⁺) und den Teilbereich (36''') der relativ zur Stoppzone (36") und dem Emitter (37) niedrigeren Dotierungskonzentra­ tion (n, n^-) aufweisende Bereich (36) niedrigerer Dotierungs­ konzentration (n, n^-) eine Stoppzone der Diode (3) definie­ ren.

7. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die höhere Dotierungskonzentration (n, n⁺, n⁺⁺; p, p⁺, p⁺⁺) der Stoppzone (16"; 26"; 36") des Bereichs (16; 26; 36) niedrigerer Dotierungskonzentration (n, n^-; p, p^-) höchstens gleich derjenigen des Bereichs (17; 27; 37) höherer Dotie­ rungskonzentration (p, p⁺ p⁺⁺; n, n⁺, n⁺⁺) ist.

8. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abstand (d) der Stoppzone (16"; 26"; 36") von der Grenzfläche (167; 267; 367) zwischen dem Bereich (16; 26; 36) niederigerer Dotierungskonzentration (n, n^-; p, p^-) und dem Bereich (17; 27; 37) höherer Dotierungskonzentration (n, n⁺, p, p⁺, p⁺⁺) 10 µm bis 30 µm beträgt.