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DE10231199A1 - Halbleiterbauelement - Google Patents

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DE10231199A1
DE10231199A1 DE10231199A DE10231199A DE10231199A1 DE 10231199 A1 DE10231199 A1 DE 10231199A1 DE 10231199 A DE10231199 A DE 10231199A DE 10231199 A DE10231199 A DE 10231199A DE 10231199 A1 DE10231199 A1 DE 10231199A1
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DE
Germany
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resistance
semiconductor component
component according
inhomogeneities
radially
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Withdrawn
Application number
DE10231199A
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English (en)
Inventor
Hans-Joachim Dr. Schulze
Franz-Josef Dr. Niedernostheide
Uwe Kellner-Werdehausen
Frank Dr. Pfirsch
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EUPEC GmbH
Original Assignee
EUPEC GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/101Integrated devices comprising main components and built-in components, e.g. IGBT having built-in freewheel diode
    • H10D84/131Thyristors having built-in components
    • H10D84/133Thyristors having built-in components the built-in components being capacitors or resistors
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D1/00Resistors, capacitors or inductors
    • H10D1/40Resistors
    • H10D1/43Resistors having PN junctions

Landscapes

  • Thyristors (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein in einem Halbleiterkörper angeordnetes Halbleiterbauelement mit mindestens einem integrierten radialsymmetrischen Lateralwiderstand mit ortsabhängigem Schichtwiderstand, dessen radiale Abhängigkeit vorzugsweise so gestaltet ist, dass der differentielle Widerstand dR radial konstant ist oder die im Widerstand dissipierte Leistung radial konstant ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein in einem Halbleiterkörper angeordnetes Halbleiterbauelement mit mindestens einem integrierten Lateralwiderstand.
  • Solche Halbleiterbauelemente können beliebig ausgebildet sein, das heißt, es kann sich hier. um einen Thyristor, einen IGBT, einen MOSFET, einen J-FET, einen Bipolartransistor oder schlicht um eine Widerstandsstruktur in einer wie auch immer ausgebildeten Halbleiterschicht handeln. Der Aufbau und die Funktionsweise solcher Halbleiterbauelemente ist vielfach bekannt, so dass hier auf eine detaillierte Beschreibung dieser Halbleiterbauelemente verzichtet werden kann. Im folgenden soll als Beispiel eines Halbleiterbauelementes von einem Thyristor mit einer radialsymmetrisch ausgebildeten Widerstandsstruktur ausgegangen werden, ohne jedoch die Erfindung auf dieses Halbleiterbauelement zu beschränken.
  • Integrierte widerstände spielen in Leistungs-Halbleiterbauelementen im Allgemeinen und bei Hochspannungsthyristoren im Besonderen eine große Rolle. Sie werden beispielsweise in Thyristorstrukturen mit sogenannter Amplifying-Gate-Struktur implementiert, um die Stromanstiegsgeschwindigkeit beim Einschalten des Thyristors zu begrenzen. Ohne integrierte Widerstände riskieren solche Thyristorstrukturen zerstört zu werden.
  • Der Aufbau eines Thyristors mit einer Amplifying-Gate-Struktur ist beispielsweise in dem Deutschen Patent DE 42 15 378 C1 beschrieben. Eine beispielhafte Weiterentwicklung dieser Thyristor-Struktur ist in der DE 196 50 762 A1 , insbesondere dort in den 1, 3 und 4, beschrieben. Weiterhin sind Hochleistungsthyristoren und Verfahren zur Realisierung von integrierten Widerständen in Thyristoren in einem Artikel von V.A.K. Temple, "Advanced Light Triggered Thyristor for Electric Power Systems", IEEE International Conference Thyristors and Variable and Static Equipment for AC and DC Transmission (1981) beschrieben.
  • In Thyristorstrukturen haben integrierte Widerstände den Zweck, den Strom durch eine oder mehrere der sogenannten Amplifying-Gatestufen zu begrenzen, um damit einer möglichen Zerstörung des Bauelements unter extremen Schaltbedingungen vorzubeugen. Ein Thyristor mit Amplifying-Gatestruktur ist meist radialsymmetrisch aufgebaut. Der Hauptemitter ist konzentrisch um eine oder mehrere Hilfsemitter angeordnet, die über Hilfsemitterelektroden bzw. sogenannte Amplifying-Gate-Elektroden kontaktiert sind. Zwischen einer oder mehreren dieser Amplifying-Gate-Elektroden kann ein integrierter Lateralwiderstand zum Schutz des Thyristors vorgesehen sein, der in einem eigens dafür vorgesehenen Widerstandsbereich angeordnet ist. Die Amplifying-Gate-Elektroden sind typischerweise kreisringförmig ausgebildet. Dadurch bedingt ist auch der integrierte Lateralwiderstand vorzugsweise von radialsymmetrischer Form. Der Wert des integrierten Lateralstandes R hängt zum einen vom Schichtwiderstand Rs und zum anderen vom Innen- ri und Außenradius ra des Widerstandsbereiches ab. Bei radialsymmetrischen Widerstandsstrukturen gilt also für den integrierten Lateralwiderstand R:
    Figure 00020001
    Für den differentiellen Widerstand dR(r) einer radialsymmetrischen Widerstandsstruktur gilt dann:
    Figure 00020002
    Der Schichtwiderstand Rs ist abhängig von der Dotierungskonzentration sowie der Beweglichkeit der Ladungsträger in der Halbleiterschicht. Bei einer durch Diffusion erzeugten Widerstandsschicht wird der Schichtwiderstand RS z.B. durch eine Dotierungsbelegung sowie die gewählten Diffusionsparameter (Temperatur, Dauer der Diffusion) eingestellt. Bei einer homogen dotierten Widerstandsstruktur ist somit der Schichtwiderstand konstant.
  • Radialsymmetrische Lateralwiderstände bestehen jedoch häufig aus einem kreisringförmigen Widerstandsbereich, der eine oder mehrere kreisringförmige inhomogene Widerstandsbereiche enthält. In dem Europäischen Patent EP 472 880 B1 , insbesondere deren 1 und 2, ist ein Thyristor mit einer solchen lateralen inhomogenen Widerstandsstruktur sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung offenbart. Diese radialsymmetrischen Inhomogenitäten sind dort in äquidistanten Abständen zueinander angeordnet und weisen auch eine gleiche Ringdicke auf.
  • Das Problem bei einer solchen radialsymmetrischen Widerstandsstruktur besteht darin, dass der differentielle Widerstand dR(r) bei ortsunabhängigem Schichtwiderstand mit wachsendem Radius r immer kleiner wird. Eine solche radiale Abhängigkeit des differentiellen Widerstands dR ist dann besonders gravierend, wenn der Lateralwiderstand R unter bestimmten Schaltbedingungen, insbesondere bei hohen Strömen und/oder Spannungen, extrem stark belastet wird. Aufgrund der Ortsabhängigkeit des differentiellen Widerstandes wird in den inneren Widerstandsbereichen, die gegenüber den äußeren Widerstandsbereichen einen signifikant höheren differentiellen Widerstand aufweisen, eine entsprechend höhere Leistung dissipiert. Die höhere dissipierte Leistung führt an diesen Stellen zu einer zusätzlichen Temperaturerhöhung, die sich auf das Temperaturverhalten sowohl des Lateralwiderstandes selbst als auch der durch den BOD-Bereich eingestellten Schutzspannung auswirkt. Da die Werte des Lateralwiderstandes und der Schutzspannung von der Temperatur abhängen, führt je de weitere Temperaturerhöhung im Bauelement selbst zu einer Veränderung dieser eingestellten Werte. Bei extremen Bedingungen, das heißt bei hohen Strömen und/oder Spannungen, wird der Lateralwiderstand daher dort überlastet und thermisch zerstört, was verständlicherweise unter allen Umständen vermieden werden sollte.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine vorzugsweise radiale Ortsabhängigkeit des Schichtwiderstandes RS derart zu realisieren, dass neben der Anforderung an den Gesamtwiderstand R eine weitere Anforderung an einen zweiten physikalisch relevanten Parameter erfüllt ist.
  • Die Aufgabe wird durch ein Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Eine erfindungsgemäße Realisierung umfasst ein gattungsgemäßes Halbleiterbauelement mit einem ortsunabhängigen differentiellen Widerstand, also beispielsweise einem linear von r abhängigem Schichtwiderstand RS. Alternativ könnte ein differentieller Widerstand vorgesehen werden, der so beschaffen ist, dass die im Widerstand dissipierte Leistung nicht mehr (oder nur noch schwach) von der Radialkomponente abhängt. In beiden vorgeschlagenen Fällen ist auch die Temperaturbelastbarkeit deutlich verbessert, da der radial innen liegenden Widerstandsbereich durch einen stärkeren Widerstandsbeitrag der außen liegenden Bereiche entlastet wird.
  • Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf die Realisierung eines gattungsgemäßen Halbleiterbauelementes, bei dem der differentielle Widerstand dR des Laterialwiderstandes ortsunabhängig ausgebildet ist. Es gilt: dR/dr ≈ K, wobei mit dr der differentielle Radius des Lateralwiderstandes bezeichnet ist und K eine beliebige Konstante darstellt.
  • Die Einstellung des weitestgehend konstanten differentiellen Widerstandes erfolgt typischerweise mittels im Widerstandsbereich angeordneten Inhomogenitäten. Diese Inhomogenitäten sind in dem Widerstandsbereich vorzugsweise radialsymmetrisch angeordnet und weisen z.B. gegenüber der Dotierung der übrigen, homogen dotierten Widerstandsbereiche eine unterschiedliche elektrisch aktive Dotierungskonzentration auf.
  • Die radialsymmetrischen Inhomogenität können wie folgt ausgebildet sein:
    • – Die Inhomogenitäten weisen durch Bestrahlung einen lokal veränderten (vorzugsweise erhöhten) Schichtwiderstand auf als der ursprüngliche Widerstandsbereich.
    • – Die Inhomogenitäten weisen durch Dotierung, beispielsweise Diffusion oder Implantation, eine veränderte, vorzugsweise höhere Dotierungskonzentration als der Widerstandsbereich auf.
  • Radialsymmetrische Inhomogenitäten, bei denen der Widerstand lokal erniedrigt bzw. die Dotierung lokal erhöht ist, können durch eine oder mehrere der nachfolgenden Maßnahmen realisiert sein:
    • – Die Breite oder der Durchmesser der Inhomogenitäten nimmt mit zunehmendem Radius ab.
    • – Der Abstand der Inhomogenitäten zueinander nimmt in radialer Richtung mit zunehmendem Radius zu.
    • – Die elektrisch aktive Dotierungskonzentration der Inhomogenitäten nimmt mit zunehmendem Radius ab.
  • Wird mit ansteigender Tiefe, mit der die Bereiche mit Inhomogenitäten in den Halbleiterkörper hineinragen, der Schichtwiderstand an den jeweiligen Inhomogenitäten lokal erhöht (z.B. durch lokales Bestrahlen oder Ätzen), so nimmt diese Tiefe mit zunehmendem Radius zu.
  • Die radialsymmetrischen Inhomogenitäten können in der Projektion Oberfläche des Halbleiterkörpers die folgenden Formen annehmen:
    • – Die Inhomogenitäten sind als konzentrische Kreisringe ausgebildet.
    • – Die Inhomogenitäten sind als Punkte oder Kreise ausgebildet, die konzentrisch um den Mittelpunkt des radialsymmetrischen Halbleiterbauelementes angeordnet sind. Prinzipiell denkbar sind auch andere Geometrien (außer Punkte, Kreise).
  • Das Halbleiterbauelement selbst ist vorteilhafterweise als Thyristor, insbesondere als Hochspannungsthyristor, ausgebildet. Ferner ist der Thyristor in einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung radialsymmetrisch ausgebildet und weist insbesondere radialsymmetrische Emitterbereiche auf.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert: Es zeigt dabei:
  • 1 einen Teilschnitt einer Amplifying-Gate Struktur eines Thyristors mit erfindungsgemäßem integriertem Widerstand;
  • 2 anhand von Teilschnitten (a) – (b) ein erstes Verfahren zur Realisierung eines integrierten Lateralwiderstands mit ortsunabhängigem differentiellen Widerstand;
  • 3 anhand von Teilschnitten (a) – (c) ein zweites Verfahren zur Realisierung eines integrierten Lateralwiderstands mit ortsunabhängigem differentiellen Widerstand.
  • 1 zeigt einen Teilschnitt eines aus der eingangs genannten DE 196 50 762 A1 bekannten Thyristors. Ein Halbleiterkörper 1, beispielsweise eine Siliziumscheibe, enthält eine n-dotierte anodenseitige Basiszone 2. Anodenseitig grenzt eine p+-dotierte Emitterzone 5 an die Basiszone 2 an. Die Emitterzone 5 ist an der Scheibenrückseite 13 großflächig über eine Anodenelektrode 6 elektrisch kontaktiert. Kathodenseitig schließt sich eine p-dotierte Basiszone 3 an. Die Basiszone 3 enthält eine Aussparung 4, wobei die Basiszone 3 im zentralen Bereich 8 des Thyristors über seine Geometrie einen Bereich mit reduzierter Durchbruchspannung definiert. Ein solcher Bereich mit reduzierter Durchbruchspannung ist dem Fachmann auch als BOD-Bereich bekannt und wird insbesondere bei sogenannten überkopfzündbaren Thristoren verwendet.
  • Kathodenseitig sind in der Basiszone 3 n+-dotierte Emitterzonen 7 eingebettet, die beispielsweise die Hilfsemitterzonen von Hilfsthyristoren sein können. Die Emitterzonen 7 werden durch Emitterelektroden 10 kontaktiert. Außerdem kontaktieren die Emitterelektroden 10 an der Außenseite auch die Basiszone 3.
  • Das Halbleiterbauelement ist rotationssymmetrisch bezüglich der senkrecht auf den beiden Oberflächen 13, 14 des Halbleiterkörpers 1 stehenden Achse 15, die im zentralen Bereich 8 des Halbleiterbauelementes verläuft, aufgebaut. Die kathodenseitige Basiszone 3 und die Emitterzonen 7 sowie die entsprechenden Elektroden 10 sind in der Ebene der Oberfläche des Halbleiterkörpers 1 kreisförmig oder kreisringförmig ausgebildet. Der erfindungsgemäße Thyristor ist vorzugsweise ein Ringthyristor. Die dargestellten Formen der oben genannten Zonen und Schichten 3 bis 8 sind jedoch nicht zwingend. Sie können auch von der Kreisform bzw. Kreisringform abweichen und beispielsweise polygonal ausgeformt sein.
  • Der in dem Teilschnitt in 1 dargestellte Thyristor weist ferner eine übliche Amplifying-Gate-Struktur und einen in einem Widerstandsbereich 9 angeordneten integrierten Lateral-Widerstand R auf. Der integrierte Widerstandsbereich 9 befindet sich zwischen zwei Hilfsemittern der Amplifying-Gate-Struktur und zwar zwischen dem dritten und vierten Amplifying-Gate AG3, AG4. Der Widerstandsbereich 9 weist in 1 nicht dargestellte radialsymmetrische, inhomogene Widerstandsbereiche derart auf, dass der differentielle Widerstand des Lateralwiderstandes R dadurch ortsunabhängig, d. h. konstant ist.
  • Solche inhomogenen Widerstandsbereiche, die nachfolgend auch als Inhomogenitäten innerhalb des Widerstandsbereiches 9 bezeichnet werden, können beispielsweise wie folgt ausgebildet sein:
    • – Der Widerstandsbereich 9 besteht aus einer Mehrzahl kreisringförmiger Widerstandsringe.
    • – Der Widerstandbereich 9 enthält kreisringförmige inhomogene Bereiche, die gegenüber den übrigen Bereichen des Widerstandbereichs 9 einen erhöhten oder erniedrigten Schichtwiderstand aufweisen und durch lokales Dotieren, Bestrahlen oder Ätzen erzeugt worden sind.
  • Nachfolgend wird anhand zweier Ausführungsbeispiele beschrieben, wie dieser erfindungsgemäße Widerstandsbereich 9 mit konstantem differentiellen Widerstand hergestellt werden kann.
  • Ausführungsbeispiel 1:
  • 2(a) zeigt eine in einem Halbleiterkörper 1 angeordnete Siliziumschicht 20, in den der radial homogen dotierte Widerstandsbereich 9 eingebettet ist. Auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers 1 im Bereich des Widerstandsbereiches 9 ist eine beliebige Maske 21, beispielsweise aus Siliziumdioxid oder Photolack, aufgebracht worden. Die freigelegten Bereiche der Maske 22 definieren radialsymmetrische, kreissringförmige Bereiche.
  • Die 2(b) zeigt den Fortgang der Realisierung des erfindungsgemäßen Widerstandsbereiches 9 aus 2(a). Nach einem geeigneten Prozessschritt, beispielsweise einer Bestrahlung, einer Diffusion, einer Implantation oder dergleichen, werden die radialsymmetrischen kreissringförmigen Inhomogenitäten 23 innerhalb des Widerstandsbereiches 9 erzeugt. Diese Inhomogenitäten 23 weisen entweder eine durch Bestrahlung erzeugte erhöhte Defektdichte und somit einen höheren Widerstand auf oder können alternativ eine durch Diffusion oder Ionenimplantation von Dotierelementen gleichen Leistungstyps bewirkte höhere Dotierungskonzentration und damit einen niedrigeren Widerstand aufweisen.
  • Im ersteren Falle wird zur Erzielung eines räumlich inhomogenen Lateralwiderstands von einem radial konstanten Schichtwiderstand im Widerstandsbereich ausgegangen, wobei der Widerstandsbereich über eine entsprechend strukturierte Maske mit Ionen bestrahlt wird. Dadurch werden an den Stellen der Bestrahlung Defekte im Widerstandsbereich 9 erzeugt, so dass die Leitfähigkeit an diesen Stellen abgesenkt wird. Eine typische Maskenform bildet im Falle eines ringförmigen Widerstandsbereiches beispielsweise eine Anordnung mit konzentrischen Ringen, wobei die Breite b der darin eingebetteten Inhomogenitäten 23 nach außen hin zunimmt und/oder bei denen der Ringabstand a nach außen hin abnimmt. Dabei werden die jeweiligen Breiten b und Abstände a so angepasst, dass die geforderten Eigenschaften nach dem radial konstanten differentiellen widerstand erfüllt werden. Durch diese Maßnahme wird im Gegensatz zu der in der Deutschen Patentanmeldung DE 19 640 311 .1 (von H.-J. Schulze) beschriebenen radial homogenen Absenkung des Schichtwiderstandes der radiale Verlauf des Schichtwiderstandes derart modifiziert, dass eine über dem Widerstand abfallende elektrische Spannung gleichmäßiger über den Widerstand verteilt wird und somit auch die im Widerstand dissipierte Leistung radial besser verteilt wird.
  • Außer den genannten ringförmigen Geometrien sind eine Reihe weiterer Maskengeometrien wie beispielsweise entsprechend angeordnete Lochmasken denkbar, die ebenfalls in etwa radialsymmetrisch angeordnet sind. Denkbar ist auch, die Maske 21 als Maske mit entsprechend räumlichen Dickenvariationen auszulegen, so dass an den Stellen erhöhter Dicke eine stärkere Absorption der Strahlung als an Stellen geringerer Dicke stattfindet, wodurch an den Stellen höherer Dicke eine geringere Defektdichte und somit ein geringerer Widerstand generiert wird. Während die Maskenform wesentlich durch den räumlichen Verlauf des Widerstandes bestimmt wird, kann der absolute Widerstandswert des Lateralwiderstandes darüber hinaus durch eine zusätzliche räumliche homogene Bestrahlung sehr genau eingestellt werden.
  • In dem vorstehenden Absatz wurden jeweils die Inhomogenitäten durch die Erzeugung von Defekten bewirkt. Bei durch Implantation oder Diffusion erzeugten Inhomogenitäten, bei denen die Dotierung lokal erhöht ist, ist hinsichtlich der Abstände a der Kreisringe zueinander bzw. deren Breite b umgekehrt zu verfahren.
  • Zur Erzeugung eines konstanten differentiellen Widerstandes könnten darüber hinaus auch die Tiefen t1, t2 der Inhomogenitäten 23 und/oder des Widerstandsbereiches 9 in geeigneter Weise variiert werden.
  • Ausführungsbeispiel 2:
  • In 3(a) ist auf der Oberfläche der Siliziumschicht 20 eine homogene Dotierstoffbelegung 24 aufgebracht. Auf dieser ist wiederum eine strukturierte Maske 21, die die Funktion einer Ätz-Barriere inne hat, aufgebracht.
  • Die 3(b) zeigt den Fortgang der Realisierung des erfindungsgemäßen Widerstandsbereiches 9 aus 3(a), bei der der Halbleiterkörper 1 einem Ätzprozess – im Beispiel in 3(b) ist dies ein nasschemischer Ätzprozess – ausgesetzt wird. Durch das Ätzen werden die freiliegenden Bereiche 22 der Dotierstoffbelegung 24 weggeätzt, wobei die Bereiche der Dotierstoffbelegung 24 unterhalb der Maske 21 mit Ausnahme einer mehr oder weniger starken Unterätzung bestehen bleiben und eine strukturierte Dotierstoffbelegung 24' bilden.
  • Die 3(c) zeigt den Fortgang der Realisierung aus 3(b). Hier ist die Siliziumschicht 20 nach einem Diffusionsprozess dargestellt, bei dem Dotierstoffe aus der strukturierten Dotierstoffbelegung 24' in die Schicht 20 diffundieren und dort den räumlich strukturierten Widerstandsbereich 9 bilden kann.
  • Der in 3 skizzierte integrierte näherungsweise ortsunabhängige Widerstand mit ortsabhängigem Schichtwiderstand ist vorteilhafterweise das Ergebnis eines relativ schnell diffundierenden, dotierenden Elements. Bei einem p-dotierten Widerstandsbereich kann dieses Element beispielsweise durch Aluminium gebildet sein.
  • Der absolute Widerstandswert kann durch den Belegungswert, die gewählte Diffusionszeit und die Diffusionstemperatur eingestellt werden. Zusätzlich kann natürlich dem gesamten Prozessverlauf ein vorhergehender, nicht maskierter Dotierprozess (Diffusion oder Implanation) zur Erzeugung einer homogenen Grunddotierung vorausgehen.
  • Eine weitere alternative Möglichkeit im Rahmen des zweiten Ausführungsbeispiels zur Herstellung eines Widerstandsverlaufs mit bestimmten räumlichen Eigenschaften besteht darin, die Dotierungselemente statt durch eine maskierte Dotierstoffbelegung durch eine maskierte Ionenimplantation (oder auch Diffusion) radial inhomogen im Halbleiterkörper 1 zu verteilen. Hierbei wird durch eine Maske, beispielsweise aus Siliziumdioxid (SiO2), Siliziumnitrid (Si3N4) oder Photolack, dafür gesorgt, dass der zu diffundierende Dotierstoff während der Dotierphase (Implantation oder Diffusion) nur lokal in den Halbleiterkörper 1 eindringen kann. Es werden dadurch lokale Dotierwannen im Halbleiterkörper 1 erzeugt. Anschließend wird der Dotierstoff weiter in den Halbleiterkörper 1 eindiffundiert.
  • Im Falle eines ringförmigen Widerstandsbereiches 9 bietet sich für die Struktur der Ätzmaske 21 wiederum eine Anordnung konzentrischer Ringe an, deren Breite (b1) zur Erzielung eines radial konstanten differentiellen Widerstands nach außen hin abnimmt und/oder bei denen der Ringabstand (a1) nach außen hin zunimmt. Durch diese Maßnahme wird im Gegensatz zu der in der Europäischen Patentanmeldung EP 0 472 880 (von Kuhnert, Mitlehner, Schulze, Pfirsch) beschriebenen Einstellung des Schichtwiderstandes mit radial unveränderten Parametern a1 und b1, der radiale Verlauf des Schichtwiderstandes derart modifiziert, dass eine über dem Widerstand abfallende elektrische Spannung gleichmäßiger über den Widerstand verteilt wird und somit auch die im Widerstand dissipierte Leistung radial besser verteilt wird. Der endgültige Widerstandsverlauf wird durch einen abschließenden Diffusionsschritt hergestellt.
  • Die Erfindung sei nicht ausschließlich auf die gezeigten Ausführungsbeispiele der 1 bis 3 beschränkt. Vielmehr können dort beispielsweise durch Austauschen der Leitfähigkeitstypen n gegen p und umgekehrt sowie durch Variation der Dotierungskonzentrationen eine Vielzahl neuer Varianten angegeben werden. Die oben beschriebenen unterschiedlichen Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit integriertem, inhomogenen Widerstandsbereich können auch kombiniert werden und lassen sich sowohl auf n- als auch auf p-leitende Widerstandsbereiche anwenden. Grundsätzlich können die erfindungsgemäßen Verfahren zur Realisierung jeder Art von Halbleiterbauelement angewendet werden. Besonders bevorzugt werden die beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Thyristors eingesetzt. Ferner ließen sich selbstverständlich noch viele andere bekannte Verfahren zur Erzeugung der radialsymmetrischen Widerstandstrukturen mit konstantem differenziellen Widerstand angeben, die im Rahmen des handwerklichen Wissens eines Fachmanns liegen.
  • 1
    Halbleiterkörper
    2
    anodenseitige Basiszone
    3
    kathodenseitig Basiszone
    4
    Aussparung
    5
    anodenseitig Emitterzone
    6
    Anodenelektrode
    7
    kathodenseitig Emitterzonen, Hilfsemitterzonen
    8
    zentraler Bereich, BOD-Bereich
    9
    Widerstandsbereich
    10
    Emitterelektroden
    12
    Gateelektrode
    13
    Oberfläche, Scheibenrückseite
    15
    Achse
    20
    Siliziumschicht
    21
    Maske
    22
    freigelegte Bereiche in der Maske
    23
    Inhomogenitäten
    24
    Dotierstoffbelegung
    24'
    strukturierte Dotierstoffbelegung
    a, a1
    Abstände
    AG1–AG5
    Amplifying-Gate
    HE
    Hauptemitter
    b, b1
    Breite
    R
    Lateralwiderstand
    r
    Radius
    t1, t2
    Tiefe

Claims (16)

  1. In einem Halbleiterkörper (1) angeordnetes Halbleiterbauelement mit mindestens einem integrierten radialsymmetrischen Lateralwiderstand, dadurch gekennzeichnet, dass der differentielle Widerstand dR des Lateralwiderstandes R ortsunabhängigen derart ausgebildet ist, dass gilt: dR/dr ≈ K, wobei dr der differentielle Radius des Lateralwiderstands und K eine beliebige Konstante ist.
  2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtwiderstand RS radial ortsabhängig gestaltet ist.
  3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der differentielle Widerstand dR radial konstant ist.
  4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die im Widerstand dissipierte Leistung radial konstant ist.
  5. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lateralwiderstand R in einem homogen dotierten Widerstandsbereich (9) des Halbleiterbauelementes angeordnet ist, wobei der Widerstandsbereich (9) radialsymmetrische Inhomogenitäten (23) aufweist, die eine gegenüber der Dotierung des Widerstandsbereiches (9) unterschiedliche elektrisch aktive Dotierungskonzentration aufweisen.
  6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die radialsymmetrischen Inhomogenitäten (23) eine durch Bestrahlung erzeugten erhöhten Schichtwiderstand als der Widerstandsbereich (9) aufweisen.
  7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die radialsymmetrischen Inhomogenitäten (23) eine durch zusätzliche Dotierung erzeugte höhere Dotierungskonzentration als der Widerstandsbereich (9) aufweisen.
  8. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (b) oder der Durchmesser der räumlichen Inhomogenitäten (23) mit zunehmendem Radius r abnimmt.
  9. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (a) der radialsymmetrischen Inhomogenitäten (23) in radialer Richtung mit zunehmendem Radius r zunimmt.
  10. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch aktive Dotierungskonzentration der radialsymmetrischen Inhomogenitäten mit zunehmendem Radius r abnimmt.
  11. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (t1), mit der die radialsymmetrischen Inhomogenitäten (23) in den Halbleiterkörper (1) eingebracht worden sind, so dass der Schichtwiderstand lokal erhöht wird, mit zunehmendem Radius r zunimmt.
  12. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (t2), mit der der Widerstandsbereich (9) in den Halbleiterkörper (1) eingebracht worden sind, mit zunehmendem Radius r abnimmt.
  13. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die radialsymmetrischen Inhomogenitäten (23) in der Projektion der Oberfläche (14) des Halbleiterbauelementes als konzentrische Kreisringe ausgebildet sind.
  14. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Inhomogenitäten (23) in der Projektion der Oberfläche (14) des Halbleiterbauelementes als Punkte oder Kreise ausgebildet sind, die konzentrisch angeordnet sind.
  15. Halbleiterbauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauelement als Thyristor, insbesondere als Hochspannungsthyristor, ausgebildet ist.
  16. Halbleiterbauelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Thyristor radialsymmetrisch ausgebildet ist und insbesondere radialsymmetrische Emitterbereiche (7) aufweist.
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