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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen rückwärtsleitenden oder RC-(reverse conducting)Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) und ein Verfahren, um diesen herzustellen.
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Herkömmliche IGBTs werden zum Beispiel in Wechselrichterkreisen verwendet, um eine Last wie zum Beispiel einen elektrischen Motor zu regeln. Ein Beispiel solch eines herkömmlichen IGBT ist in der
US 5 160 985 A beschrieben. Herkömmliche Wechselrichterkreise umfassen gebräuchliche IGBTs, die jeder parallel mit einer Freilaufdiode verbunden sind, um eine Stromzirkulation zu ermöglichen, da ein gebräuchlicher IGBT keine Fähigkeit zu bidirektionalem Stromfluss aufweist.
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Die
US 2005/0 258 493 A1 sowie die
DE 10 2005 018 366 A1 beschreiben einen RC-IGBT, in dem ein IGBT und eine Freilaufdiode monolithisch auf einem Substrat ausgeformt sind. Der RC-IGBT umfasst eine in dem Substrat ausgeformte leitfähige Basisschicht und eine Region kurzer Lebensdauer, die in der leitfähigen Basisschicht ausgeformt ist. Eine Emitterelektrode und eine Gateelektrode sind auf einer Vorderseite des Substrats ausgeformt, und eine Kollektorelektrode ist auf der Rückseite des Substrats ausgeformt. Die Region kurzer Lebensdauer wird in der leitfähigen Basisschicht durch Bestrahlen des Substrats von der Vorderseite des Substrats mit einem Elektronen- oder Heliumstrahl ausgeformt.
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Die
US 6 323 509 B1 und die
US 2005/0 043 475 A1 beschreiben verschiedene RC-IGBTs, die integrierte Dioden aufweisen.
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Aus der
DE 103 44 827 A1 ist ein Halbleiterbauelement bekannt, welches einen lokalen Bereich zur Lebensdauerverkürzung aufweist. Der lokale Bereich zur Lebensdauerverkürzung kann durch Ionenimplantation von Fremdatomen bzw. Verunreinigungen, wie z. B. von Protonen oder Helium, von der unteren Oberflächenseite eines Siliziumsubstrats vom N
–-Typ her durch eine Störstelleneindiffusionsschicht vom P-Typ hindurch gebildet werden. Ferner kann die Ionenimplantation auch von der oberen Oberflächenseite des Siliziumsubstrats vom N
–-Typ her durchgeführt werden.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen RC-IGBT zur Verfügung zu stellen, der auf der einen Seite verbesserte Spannungsabfallkennlinien im Durchlasszustand des IGBT und auf der anderen Seite ein weiches Ausschaltverhalten bei niedrigen Schaltverlusten der integrierten Diode aufweist. Ein weiteres oder alternatives Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einem RC-IGBT auf Grund verminderter Ladungsträgerkonzentration in einer Flankenabschlussanordnung des Chips eine verbesserte Abschaltrobustheit der integrierten Diode zur Verfügung zu stellen.
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Die vorliegende Erfindung stellt einen RC-IGBT zur Verfügung, der Nachfolgendes umfasst:
ein Substrat einschließlich eines Halbleitermaterials, das eine Vorderseite und eine Rückseite und eine erste Leitfähigkeitsregion zwischen den Vorder- und Rückseiten aufweist;
eine auf der Vorderseite des Substrats angeordnete Emitterelektrode;
eine auf der Vorderseite des Substrats angeordnete Gateelektrode; und
eine auf der Rückseite des Substrats angeordnete Kollektorelektrode,
wobei die erste Leitfähigkeitsregion eine Zone reduzierter Lebensdauer, eine erste Lebensdauerzone zwischen der Zone reduzierter Lebensdauer und der Vorderseite und eine Zone mittlerer Lebensdauer zwischen der Zone reduzierter Lebensdauer und der Rückseite umfasst, und
wobei Ladungsträger in der ersten Lebensdauerzone eine erste Ladungsträgerlebensdauer aufweisen, Ladungsträger in der Zone reduzierter Lebensdauer eine reduzierte Ladungsträgerlebensdauer aufweisen, die kürzer ist als die erste Ladungsträgerlebensdauer, und wobei Ladungsträger in der Zone mittlerer Lebensdauer eine mittlere Ladungsträgerlebensdauer aufweisen, die kürzer ist als die erste Ladungsträgerlebensdauer und länger als die reduzierte Ladungsträgerlebensdauer, und
wobei die drei Lebensdauerzonen sich über mehrere Zellen eines ersten Bereichs des RC-IGBT erstrecken und von Zellen eines zweiten Bereichs des RC-IGBT umgeben sind, die keine lebensdauerreduzierten Bereiche aufweisen.
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Durch das Bereitstellen einer Zone reduzierter Lebensdauer und einer Zone mittlerer Lebensdauer zwischen der Zone reduzierter Lebensdauer und der Rückseite des Substrats wird die Konzentration von Ladungsträgern in der Basisschicht im Diodenmodus des RC-IGBT vorteilhaft reduziert, während sie eine wirkungsvolle Leitfähigkeit und einen niedrigen Spannungsabfall im Schaltmodus des IGBT zur Verfügung stellt.
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Die vorliegende Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Herstellung eines RC-IGBT, das beinhaltet, ein Substrat aus einem Halbleitermaterial zur Verfügung zu stellen, das eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist, und wobei das Halbleitermaterial dotiert ist, um eine n dotierte Region, eine p dotierte Region, und einen p-n Übergang zu umfassen, der zwischen der n dotierten Region und der p dotierten Region angeordnet ist. Eine Emitterelektrode und eine Gateelektrode werden an der Vorderseite zur Verfügung gestellt, und eine Kollektorelektrode wird an der Rückseite zur Verfügung gestellt. Das Substrat wird von der Rückseite mit Defekte verursachenden Partikeln bestrahlt, um in einem Abstand hinter dem p-n Übergang eine Zone mit reduzierter Ladungsträgerlebensdauer in der n dotierten Region auszuformen, wobei das Halbleitermaterial eine an die Rückseite angrenzende und einen ersten Bereich der Rückseite bedeckende n+ dotierte Region umfasst und wobei weiterhin eine Maskierung eines zweiten Bereichs der Rückseite durchgeführt wird, um so die Defekte verursachenden Partikel davon abzuhalten, während des Bestrahlens in das Halbleitermaterial des den ersten Bereich umgebenden zweiten Bereichs einzudringen.
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Durch Bestrahlen des Substrats von der Rückseite mit Defekte verursachenden Partikeln wird eine Beschädigung an der das Gate isolierenden Schicht vermieden, da die Partikel diese Schicht nicht erreichen. Den das Gate isolierenden Bereich mit positiv geladenen Ionen zu bestrahlen, kann die Funktion des IGBT beeinträchtigen, zum Beispiel dadurch, dass in der das Gate isolierenden Schicht eine positive Ladung erzeugt wird und deshalb eine nicht akzeptable Verschiebung der Schwellenspannung, eine Drift der Schwellenspannung unter Betriebsbedingungen, oder ein hoher Leckstrom im Gate bewirkt wird.
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Außerdem bewirkt eine Bestrahlung von der Rückseite eine erste Region reduzierter Lebensdauer in einem Bereich, wo die die Defekte verursachenden Partikel im Substrat aufgehalten werden, und eine zweite Region reduzierter Lebensdauer zwischen der Rückseite und der ersten Region reduzierter Lebensdauer, in der die Lebensdauer der Ladungsträger leicht reduziert ist, wodurch ein Ladungsträgerlebensdauerprofil zur Verfügung gestellt wird, welches im Diodenmodus der RC-IGBT Vorrichtung vorteilhaft ist. Weiterhin zeigt die Basisregion zwischen der Region reduzierter Lebensdauer und dem p-n Übergang (der Basisregion beziehungsweise des p-Körpers des IGBT oder des p-Emitters der Diode) eine Ladungsträgerlebensdauer, die für geringe Verluste des IGBT im Durchlasszustand wünschenswert ist.
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Die vorliegende Erfindung wird weiterhin mit Bezug auf mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, in denen;
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1 schematisch einen Teil einer einzelnen Zelle eines Beispiels eines RC-IGBT zur Erläuterung von Teilaspekten der Erfindung zeigt;
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2 ein Diagramm zeigt, das die Ladungsträgerkonzentrationsprofile mehrerer im Diodenmodus arbeitender IGBT Vorrichtungen und einer Diode mit senkrecht homogen reduzierter Ladungsträgerlebensdauer beschreibt.
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3 schematisch einen Teil einer ersten Ausführungsform einer einzelnen Zelle des RC-IGBT entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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4 schematisch einen Teil einer zweiten Ausführungsform eines RC-IGBT einschließlich mehrerer Zellen zeigt.
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1 zeigt schematisch einen Teil eines Beispiels eines RC-IGBT 10, der eine vordere Metallisierungsschicht 20 an der Vorderseite (oben in der Zeichnung), eine rückseitige Metallisierungsschicht 23 an der Rückseite (unten in der Zeichnung) und dazwischen ein Substrat aus einem Halbleitermaterial umfasst. Das Material des Halbleitersubstrats ist so dotiert, dass es Regionen unterschiedlicher Leitfähigkeit umfasst, umfassend 16 (p dotiert), 17 (p+ dotiert), 18 (n+ dotiert), 28 (n dotiert), 21 (n+ dotiert) und 22 (p dotiert), die weiter unten in größerem Detail beschrieben werden.
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An der Rückseite des IGBT 10 (in der Zeichnung unten) ist eine hoch dotierte n Region (n+ Region 21) mit der Metallisierungsschicht 23 verbunden, mit der die Kollektorelektrode 13 verbunden ist. Die n+ Region kann sich, wie in 1 gezeigt, seitlich so erstrecken, dass sie kleiner ist als die seitlichen Ausdehnungen einer einzelnen Zelle, aber sie kann sich seitlich auch so erstrecken, dass sie mehrere Zellen umfasst, wie zum Beispiel in 4 gezeigt. Die n+ Region 21 kann jede gewünschte Form aufweisen, wenn sie von der Rückseite des IGBT 10 aus betrachtet wird, wie zum Beispiel rund, viereckig, polygonal usw. Die n+ Region 21 wird seitlich umgeben von oder grenzt an eine p dotierte Region 22 an, die ebenfalls mit der Metallisierungsschicht 23 in Kontakt steht. Obwohl nur eine n+ Region in 1 gezeigt wird, kann es jede Anzahl von n+ Regionen geben, die jede Form oder jedes Muster ausformen. Sowohl die n+ Region 21 als auch die p Region 22 sind mit der n dotierten Region 28 verbunden, die sich überall in den mit Zone B, Zone A und Zone C bezeichneten Zonen erstreckt, die weiter unten beschrieben werden.
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An der Vorderseite des IGBT (oberes Ende der Zeichnung) ist eine Emitterelektrode 11 mit der Metallisierungsschicht 20 verbunden, und eine Gateelektrode 12 ist mit einer leitfähigen Gateschicht 29 verbunden, die elektrisch von der Emitterelektrode 11 isoliert ist durch eine Isolierschicht (das heißt ein Oxid) 14, und von dem Halbleitermaterial isoliert ist durch eine Isolierschicht (das heißt ein Oxid) 14 und eine Isolierschicht (das heißt ein Oxid) 15, die aus demselben oder einem anderen Material bestehen kann. Die vordere Region des Halbleitersubstrats umfasst eine hoch dotierte p Region (p+ Region 17) die in Kontakt steht mit der vorderen Metallisierungsschicht 20 an deren vorderer Kante und in Kontakt steht mit einer p dotierten Region 16 an deren rückseitiger Kante. Alternativ dazu könnte sich eine einzelne p dotierte Region 16 erstrecken, um die vordere Metallisierungsschicht zu kontaktieren, Die p+ Region 17 wird typischerweise zusätzlich zu der p Region 16 zur Verfügung gestellt, um so ein Durchschaltung der Vorrichtung während des Ausschaltens zu hemmen, und wird deshalb manchmal eine nicht durchschaltende Leitfähigkeitsregion genannt. Beide p dotierten Regionen 16 und 17 werden in 1 als eine gesamte Dicke a aufweisend gezeigt. Eine kleine, hoch dotierte n Region (n+ Region 18) wird neben der nicht durchschaltenden Region 17 und in Kontakt mit sowohl der Metallisierungsschicht 20 wie auch der p Region 16 zur Verfügung gestellt.
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Wenn ein negativer Spannungsabfall über die Emitter- und Kollektorelektroden angewandt wird (zum Beispiel eine negative Spannung am Emitter und eine positive Spannung am Kollektor) und die Gateelektrode an einer neutralen oder negativen Spannung in Bezug auf die Emitterelektrode anlegt, fließt kein Strom (außer einem kleinen Leckstrom) durch die IGBT Vorrichtung. Der Mangel an freien Elektronen in der p dotierten Region 16 verhindert den Fluss von Ladungsträgern (Elektronen und Löchern) durch die p Region 16, Daher befindet sich der IGBT unter diesen Bedingungen in einem abgeschalteten Zustand.
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Wenn jedoch eine positive elektrische Spannung, die höher ist als die Schwellenspannung (in Abhängigkeit von der Konzentration der Dotierung der p Region 16), an der Gateelektrode angelegt wird, werden genug Elektronen in der p Region 16 zur rechten Seite der Region angezogen, um so einen Inversionskanal 19 auszuformen, durch den Elektronen aus der n+ Region 18 zur n Region 28 fließen. Auf diese Weise fließt Strom von der Kollektorelektrode 13 sowohl zur Emitterelektrode 11 (durch die Metallisierungsschicht 23, die p Region 22, die n Region 28 und durch den Inversionskanal 19 der p Region 16, zur n+ Region 18 und zur Metallisierungsschicht 20) als auch durch die p Region 16 und die p+ Region 17. Die Elektronen (negative Ladungsträger) fließen in der entgegen gesetzten Richtung wie der Strom, und die Löcher (positive Ladungsträger) fließen in derselben Richtung wie der Strom. Daher befindet sich der IGBT unter diesen Bedingungen in einem eingeschalteten Zustand.
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Wenn sich der IGBT im ausgeschalteten Zustand befindet und die Polarität an den Kollektor- und den Emitterelektroden umgekehrt wird (das heißt es besteht ein negativer Spannungsabfall von der Kollektorelektrode zur Emitterelektrode), wirkt der RC-IGBT als eine in Durchlassrichtung betriebene Diode, wobei der Kollektor als die Kathode wirkt und der Emitter als die Anode der Diode wirkt. In diesem Zustand wird der RC-IGBT als im Zustand des Diodenmodus befindlich bezeichnet. Im Diodenmodus ermöglicht es der RC-IGBT, dass Strom in der entgegen gesetzten Richtung fließt, wie im Durchlasszustand des IGBT. Daher fließt im Diodenmodus Strom von den Emitter/der Anode 11 durch die p+ Region 17 und die p Region 16 hinüber zur n Region 28 und durch die n+ Region 21 und die Metallisierungsschicht 23 zum Kollektor/zur Kathode 13. Die Elektronen fließen in der entgegen gesetztem Richtung vom Kollektor/von der Kathode 13 zum Emitter/zur Anode 11.
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Das effektive Funktionieren der internen Diode des RC-IGBT wird von der Konzentration von Ladungsträgern (Elektronen und Löchern) in den verschiedenen Bereichen des Substrats bewirkt. Im Allgemeinen gilt, je höher die allgemeine Konzentration von freien Ladungsträgern im Substrat ist, desto höher ist die Leitfähigkeit der Diode. Außerdem stellt ein Ladungsträgerkonzentrationsprofil, das eine geringer Konzentration von Ladungsträgern an der Vorder-/Anodenseite umfasst und das mit wachsender Nähe zur Rück-/Kathodenseite allmählich zunimmt, ein günstiges Konzentrationsprofil für ein effizientes Funktionieren der Diode zur Verfügung, das heißt in Bezug auf Abschaltverluste und Sanftheit der Stromabnahme beim Ausschalten.
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Die Ladungsträger weisen eine beschränkte Lebensdauer auf, die typischerweise zwischen 500 μs und 2 ms in defektfreiem Siliziummaterial beträgt, und die die durchschnittliche Zeitdauer darstellt, die notwendig ist um sich wieder mit einem Ladungsträger der entgegen gesetzten Polarität zu rekombinieren (das heißt die durchschnittliche Zeitdauer, die ein Elektron zur Rekombination mit einem Loch benötigt). Die Reduktion der Lebensdauer der Ladungsträger in bestimmten Regionen des Halbleitersubstrats in einem RC-IGBT reduziert die allgemeine Konzentration von Ladungsträgern im Substrat. Weiterhin kann die Reduktion der Lebensdauer von Ladungsträgern in bestimmten Zonen zu einem günstigeren Ladungsträgerkonzentrationsprofil des RC-IGBT im Diodenmodus führen, wie weiter unten in Bezug auf 2 beschrieben wird.
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Die große n dotierte Leitfähigkeitsregion 28 umspannt die Zonen C, A und B die drei Ladungsträgerlebensdauerzonen darstellen, In Zone C wurde keine Behandlung der Leitfähigkeitsregion 28 des Substrats durchgeführt und die Ladungsträger weisen in Zone C ihre normale Lebensdauer auf. Die Zone A ist eine Zone reduzierter Ladungsträgerlebensdauer, die zum Beispiel durch Implantieren von Defekte erzeugenden Partikeln in das Substrat erzeugt werden, durch Bestrahlung, wie weiter unten beschrieben. In der Zone reduzierter Ladungsträgerlebensdauer A wird die Ladungsträgerlebensdauer der Ladungsträger (das heißt die durchschnittliche Zeit, um sich mit einem Ladungsträger entgegen gesetzter Polarität zusammenzuschließen) wesentlich reduziert. Zwischen Zone A und der rückseitigen Metallisierungsschicht 23 befindet sich die Zone B, die eine Zone mittlerer Ladungsträgerlebensdauer ist. In Zone B wird die Ladungsträgerlebensdauer der Ladungsträger nur leicht reduziert im Vergleich mit der Ladungsträgerlebensdauer in Zone A, vorzugsweise um etwa 10%. Das Verhältnis der Ladungsträgerlebensdauer in Zone A in Bezug auf das in Zone B ist vorzugsweise im Bereich von 5% bis 30%. Das Verhältnis der Ladungsträgerlebensdauer in Zone A in Bezug auf das in Zone C ist vorzugsweise im Bereich von weniger als 0,5%.
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Die Zonen reduzierter Ladungsträgerlebensdauern A und B werden zum Beispiel durch Bestrahlen des IGBT von der Rückseite mit Defekte verursachenden Partikeln erzeugt, vorzugsweise durch Protonen oder Heliumionen. Die Bestrahlung wird vorzugsweise ausgeführt, nachdem die oberen und unteren Metallisierungsschichten 20 und 23 und die Gatemetallisierungsschichten aufgebracht worden sind. Weil die Bestrahlung von der Rückseite in das Halbleitersubstrat geleitet wird, wie durch die Pfeile 24 in 1 gezeigt, kann eine Beschädigung an den isolierenden Schichten 14 und 15 des IGBT ausgeschlossen werden. Eine Implantationsenergie der Protonen oder Heliumionen wird so gewählt, dass die implantierten Partikel in die n dotierte Region 2 eindringen und in dieser Region in der Umgebung des durch die p Region 16 und die n Region 28 ausgeformten p-n Übergangs gestoppt werden. Der Stoppbereich der Partikel, dargestellt durch die Zone A gemäß 1, ändert die Struktur des Halbleitermaterials, um so die Zone reduzierter Ladungsträgerlebensdauer zu erzeugen. Vorzugsweise wird die Implantationsenergie so gewählt, dass sich der vordere Rand der Zone A in einem Abstand d von dem hinteren Rand der p dotierten Zone 16 befindet, so dass 0,1a < d < 2a ist. Typischerweise wird d zwischen 1 μm bis 10 μm betragen. Während der Implantation von der Rückseite wird eine zweite Zone reduzierter Ladungsträgerlebensdauer (Zone B mittlerer Ladungsträgerlebensdauer) automatisch auf Grund einer kleinen Anzahl von Protonen oder Heliumionen erzeugt, die in dem Halbleitermaterial stoppen, bevor sie auf Grund der statistischen Beschaffenheit der Kernstoppung den Stoppbereich der Zone A erreichen. Typischerweise wird die Ladungstrgerlebensdauer in der mittlere Zone B fast senkrecht homogen sein und wird 10-mal höher sein als die Ladungsträgerlebensdauer in Zone A, wird aber immer noch niedriger sein als die Ladungsträgerlebensdauer in Zone C. Wie weiter unten beschreiben, weist die mittlere Zone B einen positiven Effekt auf die Leistung des IGBT im Diodenmodus auf.
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Um die Verteilung der durch die Bestrahlung erzeugten Rekombinationszentren zu stabilisieren ist es zu empfehlen, dass eine abschließende Wärmebehandlung nach dem Schritt der Implantierung ausgeführt wird, vorzugsweise bei Temperaturen, die im Bereich von 220°C bis 350°C (428°F bis 662°F) liegen. Die Wärmebehandlung wird vorzugsweise für die Dauer von einigen Stunden ausgeführt.
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Das Erzeugen der Zone A durch Bestrahlung von der Rückseite des IGBT wird vorzugsweise an einem mit dünnen Wafern (zum Beispiel <= etwa 150 μm) erzeugten RC-IGBT ausgeführt, so dass eine geeignete Implantationsenergie gewählt werden kann, um in einen Abstand nahe genug an dem p-n Übergang nahe der Vorderseite des ICBT einzudringen. Je dicker das Material des Substrats ist, desto höher ist die erforderliche Implantationsenergie, um die Zone A nahe dem p-n Übergang zu platzieren. Deshalb ist die Einrichtung einer Field-Stop-Zone 25 nahe der Region 22 vorteilhaft, um die Dicke des Wafers für eine vorgegebene Abblockspannung zu reduzieren.
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Die Field-Stop-Zone 25 ist ein Abschnitt der n dotierten Region 28, der höher dotiert ist als der Rest der Region 28 und wirksam ist, um das elektrische Feld in der Gegenwart einer Abblockspannung aufzuhalten, und verhindert auf diese Weise das Eindringen des elektrischen Feldes in die p Region 22 auf der Rückseite des Substrats. Die Field-Stop-Zone 25 kann an die p Region 22 angrenzen oder kann mit einem geringen Abstand zur p Region 22 angeordnet werden.
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2 zeigt die Ladungsträgerkonzentrationsprofile von verschiedenen IGBT Vorrichtungen im Diodenmodus im Vergleich mit einer herkömmlichen Diode auf Basis eines dünnen Wafers mit senkrecht homogen reduzierter Ladungsträgerlebensdauer. Die untere Achse stellt die Tiefe von der vorderen Oberfläche zur rückseitigen Oberfläche dar, die Achse an der linken Seite stellt die Konzentration von Ladungsträgern (Elektronen) pro Kubikzentimeter dar. Die Kurve
101 zeigt das Konzentrationsprofil von Ladungsträgern in einem umgekehrt leitfähigen IGBT im Diodenmodus ohne jegliche Reduktion der Lebensdauer. Die Kurve
104 zeigt das Konzentrationsprofil einer Diode mit senkrecht homogen reduzierter Ladungsträgerlebensdauer. Die Kurve
102 zeigt das Konzentrationsprofil eines umgekehrt leitfähigen IGBT mit einer Zone reduzierter Ladungsträgerlebensdauer, tau
1, wie zum Beispiel des in der
US 2005/0 258 493 A1 beschriebenen und oben diskutierten RC-IGBT, Die Kurve
103 zeigt das Konzentrationsprofil eines RC-IGBT mit zwei Zonen reduzierter Ladungsträgerlebensdauer, tau
a und tau
b, wie zum Beispiel die Anordnung gemäß
1. Wie in der Tabelle gezeigt, folgt die Kurve
103 demselben allgemeinen Verlauf der Kurve
102, außer wie durch die gestrichelte Linie gezeigt. In der Region von tau
b (entsprechend der Zone B in
1) gibt es im Vergleich mit der Kurve
102 eine niedrigere Konzentration von Ladungsträgern. Auf diese Weise verbessert die zusätzliche Zone reduzierter Ladungsträgerlebensdauer (mittlere Zone B) die Leistung des RC-IGBT im Diodenmodus und nähert die Kennlinien einer Diode mit senkrecht homogen reduzierter Ladungsträgerlebensdauer (Kurve
104) besser an. Außerdem beeinflusst die zusätzliche mittlere Zone B die Leistung des IGBT im eingeschalteten Zustand nicht wesentlich, während die zusätzliche Zone C, die eine hohe Ladungsträgerlebensdauer aufweist, die Eigenschaften im eingeschalteten Zustand der Vorrichtung sogar verbessert, was zum Beispiel in einem niedrigeren Abfall der Durchlassspannung resultiert. Auf diese Weise ermöglicht der RC-IGBT, der entsprechend der vorliegenden Erfindung zwei Zonen reduzierter Ladungsträgerlebensdauer und eine Zone hoher Ladungsträgerlebensdauer aufweist, einen niedrigen Spannungsabfall im eingeschalteten Zustand, während er zur gleichen Zeit niedrige Schaltverluste im Diodenmodus erreicht und ein weiches Abschaltverhalten zeigt.
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In einer in 3 gezeigten Ausführungsform, wird die Partikelimplantation auf einen RC-IGBT 30 ausgeführt mit einer Maske 26, die eine Ausfräsung 27 aufweist. Entsprechend 3 wird ein Teil der Rückseite des IGBT mit der Maske 26 bedeckt, und die Ausfräsung 27 bedeckt den Bereich der n+ Region 21 und bedeckt vorzugsweise einen Bereich leicht größer als die n+ Region 21. Auf diese Weise wird nur der Bereich der n Basisregion 28, die mit der Ausfräsung 27 ausgerichtet ist, mit den Partikeln bestrahlt. Vorzugsweise sollte der Bestrahlungsbereich größer sein als der Bereich der n+ Region 21, um auf jeder Seite mit einem Abstand zu überlappen, der zwischen 1 und 3 mal der Diffusionslänge LD der Ladungsträger in der n Region 28 entspricht.
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Die Maske 26 wird vorzugsweise aus einer strukturierten Metallschicht oder einer strukturierten Platte hergestellt und kann auf die Rückseite des IGBT 30 angewandt werden, wie in 3 schematisch gezeigt. Hier sollte die Dicke der Maske 26 auf solch eine Weise gewählt werden, dass die implantierten Partikel im Metall aufgehalten werden. Geeignete Materialien für die Maske umfassen zum Beispiel Aluminium und Kupfer.
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4 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines RC-IGBT 40, in dem die n+ Region 21 größer ist, um mehrere Zellen eines einzelnen IGBT zu bedecken. Die n+ Region 21 ist umfangreich genug, um einen Bereich der rückseitigen Metallisierungsschicht 23 zu bedecken, der mehreren Gates 29 entspricht. Die n+ Region 21 ist seitlich umgeben von einer oder angrenzend an eine p dotierte Region 22. Vorzugsweise liegt das Verhältnis des Bereichs der durch die p Region 22 bedeckten Rückseite des IGBT zu dem von der n+ Region 21 bedeckten Bereich zwischen 0,1 und 0,5.