DE10111152A1 - Halbleiterbauelement mit isolierter Basis - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement, das folgende Merkmale aufweist: DOLLAR A - eine erste Anschlusszone (12) eines ersten Leitungstyps (n) und sich eine an die erste Anschlusszone (12) anschließende Driftzone (14) des ersten Leitungstyps (n), DOLLAR A - eine zweite Anschlusszone (30) des ersten Leitungstyps (n), DOLLAR A - eine dritte Anschlusszone (40) des ersten Leitungstyps (n), DOLLAR A - eine Sperrzone (20), die zwischen der Driftzone (14) und der zweiten Anschlusszone (30) und der Driftzone (14) und der dritten Anschlusszone (40) ausgebildet ist, DOLLAR A - ein die zweite Anschlusszone (30) und die Sperrzone (20) kurzschließender Kontakt (32), DOLLAR A - eine Steuerelektrode (80), die isoliert gegenüber der Driftzone (14), der Sperrzone (20) und der zweiten Anschlusszone (30) ausgebildet ist, DOLLAR A - ein elektrischer Widerstand (50), der zwischen dem Kontakt (32) und der dritten Anschlusszone (40) ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Ein derartiges, als IBT (Insulated Base Transistor) bekanntes Halbleiterbauelement ist beispielsweise aus der US 5,969,378, aus De Souza, Spulber, Narayanan: "A Novel "Cool" Insulated Base Transistor", ISPSD 2000, Catalog Number 00CH37049C oder aus Parpia, Mena, Salama: "A Novel CMOS-Compatible High- Voltage Transistor Structure", IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-33, No. 12, 1986, Seite 1949, Fig. 2 be­ kannt.

Dieses Bauelement kombiniert Eigenschaften eines MOS- Transistors und eines Bipolartransistors, wobei der MOS- Transistor dazu dient, die Basis des Bipolartransistors anzu­ steuern. Zur Realisierung eines n-Kanal-Transistors und eines npn-Bipolartransistors ist bei dem bekannten Bauelement nach De Souza, Spulber, Narayanan eine p-dotierte Wanne in einem n-dotierten Halbleiterkörper ausgebildet. Die p-dotierte Wan­ ne bildet die Basis des Bipolartransistors und die Body-Zone des MOS-Transistors. Beabstandet zu der p-dotierten Wanne ist eine stark n-dotierte Zone in dem Halbleiterkörper ausgebil­ det, die gleichzeitig den Drain-Anschluss des MOS-Transistors und den Kollektoranschluss des Bipolartransistors bildet. In der p-dotierten Wanne sind beabstandet zueinander zwei n­ dotierte Zonen ausgebildet, von denen eine mit der p­ dotierten Wanne mittels eines Kontakts kurzgeschlossen ist und die Source-Zone des MOS-Transistors bildet. Isoliert ge­ genüber dem Halbleiterkörper ist eine Gate-Elektrode derart angeordnet, dass sich in der p-dotierten Wanne ein leitender Kanal zwischen der Source-Zone und der Driftzone ausbildet, wenn eine Spannung zwischen der Gate-Elektrode und der Sour­ ce-Zone angelegt wird. Die andere der in der p-dotierten Wanne ausgebildeten n-dotierten Zonen bildet den Emitter des Bi­ polartransistors.

Wird bei dem bekannten Bauelement eine Spannung zwischen der Gate-Elektrode und der Source-Zone angelegt so gelangen E­ lektronen über einen leitenden Kanal in der Body-Zone in die Source-Zone. Aus diesem Elektronenstrom resultiert über den an die Source-Zone angeschlossenen Kontakt ein Löcherstrom in die Body-Zone bzw. die Basis des Bipolartransistors, wodurch der Bipolartransistor leitend wird. Der Bipolartransistor wird bei dem bekannten Bauelement über den MOS-Transistor an­ gesteuert, wodurch bei dem Bauelement die guten Stromlei­ tungseigenschaften, bzw. der geringe Einschaltwiderstand ei­ nes Bipolartransistors, mit der leistungsarmen Ansteuerung eines MOS-Transistors kombiniert ist.

Um das Halbleiterbauelement, bzw. den Bipolartransistor, zu sperren müssen die Löcher in der Basis mit freien Elektronen rekombinieren, was zu einer vergleichsweise langen Verzöge­ rungszeit beim Abschalten führt. Zur Verkürzung dieser Verzö­ gerungszeit ist aus De Souza, Spulber, Narayanan: a. a. O. oder aus Parpia, Mena, Salama: a. a. O., Seite 1951, Fig. 7, be­ kannt, einen Widerstand zwischen den Emitter und die Basis des Bipolartransistors zu schalten. Zur Kontaktierung der Ba­ sis ist bei den bekannten Bauelementen ein separater Basisan­ schluss durch Vorsehen einer stark p-dotierten Zone in der Basis beabstandet zu der Emitter-Zone ausgebildet. Bei An­ steuern des Gate-Anschlusses des MOS-Transistors wird in der beschriebenen Weise ein Löcherstrom in der Basis erzeugt, der über den zusätzlichen Basiskontakt abfließt. Wird dieser Strom so groß, dass die über dem zusätzlichen Widerstand an­ fallende Spannung die Einsatzspannung des Bipolartransistors erreicht, so beginnt der Bipolartransistor zu leiten.

Dieser separate Basisanschluss erhöht den Platzbedarf bei der Realisierung des Bauelements. Zum anderen kommt es zwischen dem separaten Basiskontakt und der Emitter-Zone zu einem Spannungsabfall, der zu inhomogenen Potentialverhältnissen in dem Halbleiterkörper führt. Dies führt zu ungleichmäßigen Stromdichten, wenn das Bauelement leitet.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Halbleiterbauele­ ment zur Verfügung zu stellen, das platzsparend realisierbar ist und das insbesondere die oben genannten Nachteile nicht aufweist.

Dieses Ziel wird durch ein Halbleiterbauelement gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement weist eine erste Anschlusszone eines ersten Leitungstyps, eine sich an die erste Anschlusszone anschließende Driftzone des ersten Lei­ tungstyps, eine zweite Anschlusszone des ersten Leitungstyps, eine dritte Anschlusszone des ersten Leitungstyps und eine Sperrzone eines zweiten Leitungstyps, die zwischen der Drift­ zone und der zweiten Anschlusszone und der Driftzone und der dritten Anschlusszone ausgebildet ist, auf. Die zweite An­ schlusszone und die Sperrzone sind dabei mittels eines Kon­ takts, insbesondere aus Metall, kurzgeschlossen. Des weiteren ist eine Steuerelektrode isoliert gegenüber der Driftzone, der Sperrzone und der zweiten Anschlusszone ausgebildet. Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement realisiert eine Anord­ nung mit einem MOS-Transistor und einem Bipolartransistor, wobei die Basis des Bipolartransistors durch den MOS- Transistor angesteuert ist, bzw. einen sogenannten IBT. Die erste Anschlusszone bildet dabei die Drain-Zone des MOS- Transistors und den Kollektor des Bipolartransistors. Die Sperrzone bildet die Body-Zone des MOS-Transistors und die Basis des Bipolartransistors. Die mit der Sperrzone, bzw. der Body-Zone kurzgeschlossene zweite Anschlusszone bildet die Source-Zone des MOS-Transistors und die dritte Anschlusszone, die beabstandet zu der zweiten Anschlusszone ausgebildet ist, bildet den Emitter des Bipolartransistors. Erfindungsgemäß ist ein Widerstand zwischen den Emitter und den Kontakt, der die erste Anschlusszone und die Sperrzone kurzschließt, ge­ schaltet. Dieser Widerstand ist vorzugsweise als externer Wi­ derstand ausgebildet, das heißt der Widerstand ist nicht Be­ standteil eines Halbleiterkörpers in dem die Anschlusszonen und die Sperrzone ausgebildet sind. Der Widerstand besteht vorzugsweise aus einem Halbleitermaterial und ist isoliert auf dem Halbleiterkörper angeordnet.

Bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement, bei dem der Widerstand an den Emitter und den Kontakt zwischen Source- Zone und Body-Zone bzw. Basis angeschlossen ist, ist kein se­ parater Kontakt erforderlich, um den Widerstand an die Basis des Bipolartransistors anzuschließen, was den Platzbedarf bei der Realisierung des Bauelements reduziert. Außerdem resul­ tiert aus dem Verzicht auf einen externen Basisanschluss eine homogenere Verteilung der Stromdichte in der Sperrzone bzw. Basis.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sperrzone wannenartig in der Driftzone ausgebildet ist und dass die zweite und dritte Anschlusszone beabstandet zueinander in der Sperrzone ausgebildet sind. Die Sperrzone und die ersten, zweiten und dritten Anschlusszonen sind in einem Halbleiterkörper ausgebildet, wobei die erste An­ schlusszone bei einer ersten Ausführungsform in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers beabstandet zu der Sperrzone bzw. den zweiten und dritten Anschlusszonen angeordnet ist, um ein laterales Bauelement zu bilden, bei welchem die An­ schlüsse von einer Seite des Halbleiterkörpers her zugänglich sind.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Anschlusszone in vertikaler Richtung des Halbleiterkör­ pers beabstandet zu der Sperrzone bzw. den zweiten und dritten Anschlusszonen angeordnet, wobei die den Emitter des Bi­ polartransistors bildende zweite Anschlusszone und die den Kollektor des Bipolartransistors bildende erste Anschlusszone an gegenüberliegenden Seiten des Halbleiterkörpers zugänglich sind.

Wird bei Bipolartransistoren deren maximale Sperrspannung er­ reicht und gehen diese in den Durchbruch, so tritt ein soge­ nannter "Snap-Back-Effekt" auf, der sich darin auswirkt, dass sich die Durchbruchspannung nach erfolgtem Spannungsdurch­ bruch infolge sich lawinenartig in der Basis ansammelnder Ma­ joritätsladungsträger reduziert. Dies ist besonders kritisch, weil sich die Durchbruchspannung in unterschiedlichen Berei­ chen der für den Durchbruch verantwortlichen Basis-Kollektor- Diode des Bipolartransistors unterschiedlich stark oder zu unterschiedlichen Zeitpunkten reduziert, so dass einige Be­ reiche dieser Basis-Kollektor-Diode noch sperren, während an­ dere bedingt durch den Durchbruch bereits leiten. Dies kann zu einer Überlastung der leitenden Bereiche und zu einer Zer­ störung des Bauelements führen.

Zur Vermeidung dieses Problems ist bei einer weiteren Ausfüh­ rungsform der Erfindung eine in den Halbleiterkörper integ­ rierte Durchbruchstruktur vorgesehen, die so dimensioniert ist, dass sie bei Anlegen einer Spannung zwischen den Kollek­ tor-Anschluss und den Emitter-Anschluss des Bipolartran­ sistors durchbricht oder leitet, bevor die Durchbruchspannung des Bipolartransistors erreicht ist. Die Durchbruchstruktur weist zwei Anschlüsse auf, von denen einer an den Emitter- Anschluss des Bipolartransistors und der andere an den Kol­ lektor-Anschluss des Bipolartransistors angeschlossen ist. Die Durchbruchstruktur weist vorzugsweise eine in der Drift­ zone ausgebildete dotierte Zone des zweiten Leitungstyps auf, wobei die Durchbruchspannung der Durchbruchstruktur durch die Dotierung der Driftzone und den Abstand der dotierten Zone des zweiten Leitungstyps zu der ersten Anschlusszone bestimmt ist.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, einen Transistor zwischen die dritte Anschlusszone, die den Emitter des Bipolartransistors bildet, und die Basis- bzw. der Body- Zone der Sperrzone und der Source-Zone gemeinsamen Kontakt zu schalten. Der Transistor funktioniert bei dieser Ausführungs­ form als steuerbarer Widerstand und dient dazu die Schaltei­ genschaften des Bauelements einzustellen. Ist der Transistor voll aufgesteuert, so sind der Emitter-Anschluss des Bipo­ lartransistors und dessen Basis kurzgeschlossen, das erfin­ dungsgemäße Halbleiterbauelement funktioniert dann nach Art eines MOS-Transistors. Sperrt der Transistor, bzw. ist er nicht völlig aufgesteuert, woraus aus ein nicht vernachläs­ sigbarer ohmscher Widerstand zwischen den Emitter des Bipo­ lartransistors und dessen Basis besteht, so funktioniert das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement als IBT, bei welchem ein Bipolartransistor durch einen MOS-Transistor angesteuert ist.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbei­ spielen anhand von Figuren näher erläutert. In den Figuren zeigt

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Seitenan­ sicht im Querschnitt,

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Bauelement im Querschnitt entlang einer Schnittfläche A-A' in Fig. 1 gemäß einer ersten Ausführungsform,

Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Bauelement im Querschnitt entlang einer Schnittfläche A-A in Fig. 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 4 elektrisches Ersatzscheinbild des Halbleiterbauele­ ments gemäß der Fig. 1,

Fig. 5 ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in Sei­ tenansicht im Querschnitt,

Fig. 6 ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung in Sei­ tenansicht im Querschnitt,

Fig. 7 ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung in Sei­ tenansicht im Querschnitt.

In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anderes angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile und Bereiche mit gleicher Bedeutung.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines n- leitenden IBT, also eines Bauelements, bei welchem ein npn- Bipolartransistor und ein n-Kanal-MOS-Transistor miteinander kombiniert sind, erläutert. Halbleiterzonen des ersten Lei­ tungstyps bezeichnen im folgenden n-dotierte Zonen und Halb­ leiterzonen des zweiten Leitungstyps bezeichnen im folgenden p-dotierte Zonen. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf n-leitende Bauelemente beschränkt sondern ist gleichfalls auf p-leitende Bauelemente anwendbar, wobei die im folgenden n-dotierten Bereiche dann durch p-dotierte Bereiche zu erset­ zen sind und wobei die im folgenden p-dotierten Bereiche dann durch n-dotierte Bereiche zu ersetzen sind.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Halbleiterbauelements im Querschnitt. Das Bau­ element weist einen n-dotierten Halbleiterkörper 1 auf, der im Bereich einer Rückseite 3 eine stark n-dotierte erste An­ schlusszone 12 aufweist, die mittels einer Kontaktschicht 70, insbesondere einem Metall, kontaktiert ist. Der übrige n- dotierte Bereich des Halbleiterkörpers bildet eine Driftzone 14. Ausgehend von einer Vorderseite 5 ist in dem Halbleiter­ körper 1 eine p-dotierte Wanne 20 ausgebildet, die eine Sperrzone bildet, wobei in dieser p-dotierten Wanne beabstan­ det zueinander eine stark n-dotierte zweite Anschlusszone 30 und eine stark n-dotierte dritte Anschlusszone 40 ausgebildet sind.

Ein zwischen der ersten Anschlusszone 12 und der Sperrzone 20 ausgebildeter und sich neben der Sperrzone 20 bis an die Vor­ derseite 5 des Halbleiterkörpers 1 erstreckender Bereich bil­ det eine n-dotierte Driftzone des Halbleiterbauelements.

Isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper 1 ist eine Steuer­ elektrode 80 ausgebildet, die sich in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 1 von der zweiten Anschlusszone 30 über die Sperrzone 20 bis an einen Bereich der Driftzone 14 erstreckt, der bis an die Vorderseite 5 des Halbleiterkörpers 1 reicht. Die Steuerelektrode 80 ist mittels einer auf die Vorderseite 5 aufgebrachten Isolationsschicht 60 gegenüber dem Halblei­ terkörper 1 isoliert. Die zweite Anschlusszone 30 ist mittels eines Kontakts 32 mit der Sperrzone 20 kurzgeschlossen, wobei der Kontakt 32 vorzugsweise aus einem Metall, beispielsweise Aluminium besteht.

Die erste Anschlusszone 12, die Driftzone 14, die Sperrzone 20, die zweite Anschlusszone 30 und die Steuerelektrode 80 bilden einen MOS-Transistor und die erste Anschlusszone 12, die Driftzone 14, die Sperrzone 20 und die dritte Anschluss­ zone 40 bilden einen Bipolartransistor, wie im folgenden veranschaulicht ist.

Die erste stark n-dotierte Anschlusszone 12 bildet gleichzei­ tig die Drain-Zone des MOS-Transistors und den Kollektor des Bipolartransistors. Die schwächer n-dotierte Driftzone 14 bildet die Driftzone sowohl des MOS-Transistors als auch des Bipolartransistors. Die p-dotierte Zone 20 bildet die Body- Zone des MOS-Transistors, wobei dessen Source-Zone durch die stark n-dotierte zweite Anschlusszone 30 gebildet ist. Die Steuerelektrode 80 bildet die Gate-Elektrode des MOS- Transistors zur Ausbildung eines leitenden Kanals zwischen der Source-Zone 30 und der Driftzone 14 in der Body-Zone 20 bei Anlegen einer Spannung zwischen der Gate-Elektrode 80 und der Source-Zone 30. Die p-dotierte Zone 20 bildet auch die Basis des Bipolartransistors, dessen Emitter durch die stark n-dotierte Zone 40 gebildet ist, wobei zur Kontaktierung des Emitters ein Emitter-Kontakt 42 an der Vorderseite 5 des Halbleiterkörpers 1 vorgesehen ist.

Die Source-Zone 30 des MOS-Transistors und die Basis-Zone 20 des Bipolartransistors sind gemeinsam über den Kontakt 32, der im folgenden als Source-Basis-Kontakt bezeichnet wird, kontaktierbar. Zwischen diesem Source-Basis-Kontakt 32, der die Source-Zone 30 und die Basis kurzschließt, und dem Emit­ ter-Kontakt 42 ist ein Widerstand 50 ausgebildet, der in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als externer Wi­ derstand, d. h. nicht in dem Halbleiterkörper 1 realisiert, ausgebildet ist. Der externe Widerstand 50 besteht in dem Ausführungsbeispiel aus einer Halbleiterschicht 50, die durch einen Teil der Isolationsschicht 60 gegenüber dem Halbleiter­ körper 14 isoliert ist, wobei die Isolationsschicht 60 eine Aussparung aufweist, an welcher die Halbleiterschicht 50 den Source-Basis-Kontakt 32 kontaktiert.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Halblei­ terbauelements im Querschnitt. Die Emitter-Zone 40, die Sour­ ce-Zone 30, die Gate-Elektrode 80 und der Source-Basis- Kontakt 32 können dabei langgestreckt senkrecht zur Zeichen­ ebene verlaufen, wie die Querschnittsdarstellung entlang der Linie A-A' in Fig. 2 veranschaulicht. Bei einer weiteren Ausführungsform sind der Source-Basis-Kontakt 32, die Source- Zone 30 und die Gate-Elektrode 80, sowie die p-dotierte Wanne 20, punktsymmetrisch um die Emitterzone 40 angeordnet, wie die Querschnittsdarstellung in Fig. 1c veranschaulicht.

Fig. 4 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild des erfin­ dungsgemäßen Halbleiterbauelements gemäß Fig. 1. Danach weist das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement einen MOS- Transistor MT mit einem Gate-Anschluss G, einem Drain- Anschluss D und einem Source-Anschluss S und einen Bipo­ lartransistor BT mit einem Kollektor-Anschluss K, einem Emit­ ter-Anschluss E und einem Basis-Anschluss B auf. Der Drain- Anschluss des MOS-Transistors MT ist dabei an den Kollektor- Anschluss K des Bipolartransistors BT angeschlossen. Der Source-Anschluss S ist an den Basis-Anschluss B des Bipo­ lartransistors BT angeschlossen, wobei der Source-Anschluss 5 des MOS-Transistors MT mit dessen Body-Zone kurzgeschlossen ist. Zwischen den Basis-Anschluss B und den Emitter-Anschluss E des Bipolartransistors BT ist ein Widerstand R geschaltet. Der Kurzschluss zwischen dem Source-Anschluss S des MOS- Transistors MT und dem Basis-Anschluss B des Bipolartran­ sistors BT ist bezugnehmend auf Figur durch den Source-Basis- Kontakt 32 realisiert. Die Widerstandsschicht 50 zwischen dem Source-Basis-Kontakt 32 und dem Emitter-Kontakt 42 in Figur bildet den Widerstand R gemäß Fig. 4.

Wird bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement eine An­ steuerspannung zwischen der Gate-Elektrode 80 und der Source- Zone 30 bzw. dem Source-Basis-Kontakt 32 angelegt, so bildet sich ein leitender Kanal in der Body-Zone 20 zwischen der Source-Zone 30 und der Driftzone 14 aus. Bei Anlegen einer Spannung zwischen der Kollektor-Zone, bzw. der Drain-Zone 12 und der Emitter-Zone 40 fließen Elektronen von der stark n- dotierten Drain- bzw. Kollektor-Zone 12 über die Driftzone 14 und den leitenden Kanal in die Source-Zone 30, wodurch über den Source-Basis-Kontakt 32, der die Source-Zone 30 und die Basis 20 kurzschließt, Löcher in die Basis 20 injiziert wer­ den, die den Bipolartransistor ansteuern, wenn der Löcher­ strom eine bestimmte vorgegebene Intensität erreicht hat. Bei angesteuertem Bipolartransistor erfolgt ein Ladungsträgeraus­ tausch zwischen der stark n-dotierten Kollektor-Zone 12 und der stark n-dotierten Emitter-Zone 40.

Soll der Bipolartransistor sperren, so müssen die, in der Ba­ sis 20 vorhandenen Löcher mit freien Elektronen rekombinie­ ren, was zu einer Verzögerungszeit beim Abschalten des Bipo­ lartransistors führt. Ein Teil der Löcher kann dabei über den Widerstand 50 und einen die Emitter-Zone kontaktierenden Emitter-Kontakt 42 abfließen, wodurch dieser Widerstand 50 zur Verringerung der beim Abschalten auftretenden Verzöge­ rungszeit beiträgt. Über diesen Widerstand können Löcher, die in der Basis-Kollektor-Raumladungszone generiert werden abge­ führt werden, wodurch die Emitter-Kollektor-Durchbruch­ spannung des Bipolartransistors ansteigt.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfin­ dungsgemäßen Halbleiterbauelements, bei welchem in dem Halb­ leiterkörper 1 eine Durchbruchstruktur realisiert ist, die eine p-dotierte Wanne 94 aufweist, die sich ausgehend von der Vorderseite 5 des Halbleiterkörpers 1 in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper 1 hineinerstreckt. Die p-dotierte Zo­ ne 94 weist einen Kontakt 90 auf, der in nicht näher darge­ stellter Weise an den Emitter-Kontakt 42 des Bipolartran­ sistors angeschlossen ist. Ein zweiter Anschluss der Durch­ bruchstruktur wird durch die stark n-dotierte Anschlusszone 12 bzw. die Kontaktschicht 70 gebildet. Diese Durchbruch­ struktur bildet in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine in Sperrrichtung zwischen dem Kollektor 12,70 und dem Emitter 40,42 des Bipolartransistors gepolte Diode, deren Durchbruch­ spannung von der Dotierung der Driftzone 14 und dem kürzesten Abstand zwischen der stark n-dotierten Anschlusszone 12 und der p-dotierten Zone 94 abhängig ist. Die Durchbruchspannung, bei der diese Durchbruchstruktur zu leiten beginnt, bzw. in den Durchbruch geht, ist so dimensioniert, dass sie geringer ist als die Durchbruchspannung der Basis-Kollektor-Diode des Bipolartransistors. Die Durchbruchspannung des Bipolartran­ sistors wird dadurch nie erreicht, was zum Schutz des Bipo­ lartransistors beiträgt. Bei Bipolartransistoren tritt ein sogenannter Snap-Back-Effekt auf, wenn diese in den Durchbruch gehen, d. h. die Durchbruchspannung reduziert sich nach Erreichen des Durchbruchs wieder, wobei der Fall eintreten kann, dass die Durchbruchspannung in unterschiedlichen Berei­ chen der Basis-Kollektor-Diode unterschiedlich hoch ist, so dass diese Diode in einigen Bereichen schon leitet oder noch leitet, während sie in anderen Bereichen noch sperrt. Dies kann zu einer übermäßigen Strombelastung der bereits leiten­ den Bereiche und im Endeffekt zu einer Zerstörung des Tran­ sistors führen. Dieser Effekt wird durch die vor der Bipo­ lartransistor durchbrechende Durchbruchstruktur verhindert.

Die Fig. 1 und 3 zeigen ein als vertikales Bauelement aus­ gebildetes erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement, d. h. der Emitter-Kontakt 40 und der Kollektor-Kontakt 70 des Bipo­ lartransistors sind an sich gegenüberliegenden Oberflächen des Halbleiterkörpers zugänglich und Ladungsträger fließen in vertikaler Richtung durch den Halbleiterkörper. Demgegenüber zeigt die Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement in lateraler Bauweise, bei welcher die stark n-dotierte Kol­ lektor- bzw. Drain-Zone 12 in lateraler Richtung des Halblei­ terkörpers 1 beabstandet zu den Source- und Emitter-Zonen 30, 40, bzw. der Body- bzw. Basis-Zone 20 angeordnet ist.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, den Widerstand zwischen dem Source-Basis-Kontakt 32 und dem Emit­ ter-Kontakt 42 als steuerbaren Widerstand, insbesondere als Transistor auszubilden. Die Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbei­ spiel eines solchen Halbleiterbauelements im Querschnitt.

Bei dieser Ausführungsform ist eine zweite Gate-Elektrode 204 mit einem Gate-Anschluss G2 gegenüber auf dem Halbleiterkör­ per 1 oberhalb der Body- bzw. Basis-Zone angeordnet und er­ streckt sich in lateraler Richtung von der Emitter-Zone 40 bis an die Source-Zone 30, wobei die Source-Zone 30 in dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel beiderseits um den Anschlusskontakt 32 ausgebildet ist, bzw. den Anschlusskon­ takt 32 umgibt. Die zweite Gate-Elektrode 204 ist mittels einer Isolationsschicht gegenüber dem Halbleiterkörper iso­ liert. Die zweite Gate-Elektrode 203 ist Teil eines Feldef­ fekttransistors, dessen Bodyzone durch die Bodyzone 20 unter­ halb der zweiten Gate-Elektrode 204 und dessen Source- und Drain-Zone durch die Emitter-Zone 40 und die Source-Zone 30 gebildet werden. Bei Anlegen eines Ansteuerpotentials an die zweite Gate-Elektrode 203, bzw. den zweiten Gate-Anschluss G2, bildet sich in der Body-Zone 20 unterhalb der zweiten Ga­ te-Elektrode 204 ein leitender Kanal zwischen der Source-Zone 30 und der Emitter-Zone 40 aus. Der leitende Kanal stellt ei­ nen Widerstand zwischen der Source-Zone 30 und der Emitter- Zone 40 dar, wobei der Widerstandswert dieses leitenden Ka­ nals von dem Ansteuerpotential an der zweiten Gate-Elektrode 204 abhängig ist.

Mittels dieses über die zweite Gate-Elektrode G2 steuerbaren Widerstandes, der in dem Ausführungsbeispiel als MOS- Transistor realisiert ist, lassen sich die Schalteigenschaf­ ten des IBT beeinflussen. Ist der Hilfs-MOS-Transistor mit der zweiten Gate-Elektrode G2, 204 vollständig leitend ange­ steuert, so ist der Widerstand zwischen der Source-Zone 30 und der Emitter-Zone 40 sehr klein, diese beiden Zonen 30, 40 sind dann annäherungsweise kurzgeschlossen, der IBT funktio­ niert dann im wesentlichen als MOS-Transistor. Ist der Hilfs- MOS-Transistor derart angesteuert, dass dessen Einschaltwi­ derstand, bzw. der Widerstand des Kanals zwischen der Source- Zone 30 und der Emitter-Zone 40, nicht vernachlässigbar ist, so funktioniert das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement als IBT, d. h. der Bipolartransistor wird mittels des MOS- Transistors angesteuert, wobei dieses Halbleiterbauelement vorteilhafterweise die annäherungsweise leistungsfreie An­ steuerung eines MOS-Transistors mit einem niedrigen Ein­ schaltwiderstand eines Bipolartransistors kombiniert.

Bezugszeichenliste

1

Halbleiterkörper

3

Rückseite

5

Vorderseite

12

erste Anschlusszone

14

Driftzone

20

Sperrzone

30

zweite Anschlusszone

40

dritte Anschlusszone

70

Kontaktschicht

32

,

42

Kontakte
G, G2 Gate-Anschlüsse

60

Isolationsschicht

80

,

204

Gate-Elektroden
D Drain-Anschluss
S Source-Anschluss
MT MOS-Transistor
BT Bipolartransistor
K Kollektor
E Emitter

Claims (9)

1. Halbleiterbauelement, das folgende Merkmale aufweist:

• - eine erste Anschlusszone (12) eines ersten Leitungstyps (n) und sich eine an die erste Anschlusszone (12) anschließende Driftzone (14) des ersten Leitungstyps (n),
• - eine zweite Anschlusszone (30) des ersten Leitungstyps (n),
• - eine dritte Anschlusszone (40) des ersten Leitungstyps (n),
• - eine Sperrzone (20), die zwischen der Driftzone (14) und der zweiten Anschlusszone (30) und der Driftzone (14) und der dritten Anschlusszone (40) ausgebildet ist,
• - ein die zweite Anschlusszone (30) und die Sperrzone (20) kurzschließender Kontakt (32),
• - eine Steuerelektrode (80), die isoliert gegenüber der Driftzone (14), der Sperrzone (20) und der zweiten Anschluss­ zone (30) ausgebildet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Widerstand (50) zwischen dem Kontakt (32) und der dritten Anschlusszone (40) ausgebildet ist.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem die Sperrzo­ ne (20) wannenartig in der Driftzone (14) ausgebildet ist und bei dem die zweite und dritte Anschlusszone (30, 40) beabstandet zueinander in der Sperrzone (20) ausgebildet sind.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die erste Anschlusszone (12) im Bereich einer ersten Oberfläche (3) eines Halbleiterkörpers (1) ausgebildet ist.

4. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, bei dem die zweite und dritte Anschlusszone (30, 40) im Bereich einer der ersten Oberfläche (3) gegenüberliegenden Oberfläche (5) ausgebildet sind.

5. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, bei dem in dem Halbleiterkörper (1) eine Durchbruch­ struktur mit einem ersten und zweiten Anschluss (70, 90) in­ tegriert ist, die ab Erreichen einer vorgegebenen Spannung zwischen deren Anschlüssen (70, 90) leitet.

6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem die Durch­ bruchstruktur eine dotierte Zone (92) des zweiten Leitungs­ typs in der Driftzone (14) aufweist.

7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5 oder 6, bei dem einer der Anschlüsse der Durchbruchstruktur an die dritte An­ schlusszone (40) angeschlossen ist und bei dem der andere An­ schluss der Durchbruchstruktur an die erste Anschlusszone (12) angeschlossen ist.

8. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden An­ schlüsse, bei dem der Widerstand (50) oberhalb einer Oberflä­ che des Halbleiterkörpers (1) ausgebildet ist.

9. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, bei dem der Widerstand als steuerbarer Widerstand, ins­ besondere als Transistor, ausgebildet ist.