專利名稱：半導(dǎo)體限流設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體設(shè)備。
為給一個(gè)用電器供以額定電流，要把該用電器通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)備接入電網(wǎng)。在接通過(guò)程以及在短路情況下一般會(huì)出現(xiàn)過(guò)流，它大大超過(guò)額定電流。為保護(hù)用電器，在用電器和電網(wǎng)之間接入的開(kāi)關(guān)設(shè)備必須能夠快速采集過(guò)電流，特別是短路電流，并將其限定在一個(gè)預(yù)定的數(shù)值，并接著能切斷電路。已知有限流開(kāi)關(guān)用于這種功能，它們可以使用機(jī)械開(kāi)關(guān)，或者用半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)建立。
DE-A-43 30 459公開(kāi)了一種半導(dǎo)體限流開(kāi)關(guān)，它具有一種給定導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)，在其彼此相對(duì)的表面上各安裝一個(gè)電極。在第一半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)，現(xiàn)在在兩個(gè)電極之間設(shè)置相隔一定距離的另一種相反導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)。在各個(gè)另外的半導(dǎo)體區(qū)各建立第一半導(dǎo)體區(qū)的通道區(qū)，它們垂直于第一半導(dǎo)體區(qū)的兩個(gè)表面(垂直通道)。在兩個(gè)電極之間的豎直電流由該通道區(qū)引導(dǎo)并從而被限制。為控制在兩個(gè)電極之間的電流，可以在第一半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)的相反雜質(zhì)的半導(dǎo)體區(qū)施加一個(gè)控制極電壓，用它可以控制通道區(qū)的電阻。
本發(fā)明的目的在于，提供一種半導(dǎo)體設(shè)備，它能夠在過(guò)流時(shí)通過(guò)限流接通電路。
本發(fā)明目的可通過(guò)權(quán)利要求1所述特征來(lái)實(shí)現(xiàn)。該半導(dǎo)體設(shè)備包括一個(gè)給定導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)、一個(gè)在第一半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)的一個(gè)表面上安裝的觸點(diǎn)區(qū)和一個(gè)在第一半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)觸點(diǎn)區(qū)下面安裝的和第一半導(dǎo)體區(qū)導(dǎo)電類型相反的第二半導(dǎo)體區(qū)。第二半導(dǎo)體區(qū)在平行于第一半導(dǎo)體區(qū)表面的所有方向上比觸點(diǎn)區(qū)更長(zhǎng)，使得在第一半導(dǎo)體區(qū)至少建立一個(gè)通道區(qū)，它在下面以在第一半導(dǎo)體區(qū)和第二半導(dǎo)體區(qū)之間建立的p-n-結(jié)的耗盡區(qū)為界，并在導(dǎo)通狀態(tài)下從接觸區(qū)流出或向接觸區(qū)流入電流。因此至少有一個(gè)通道區(qū)是橫向設(shè)置在第一半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)并因此具有非常好的飽和特性。
從與權(quán)利要求1相關(guān)的從屬權(quán)利要求中可以得到對(duì)本發(fā)明的半導(dǎo)體設(shè)備的其它有利的擴(kuò)展和改進(jìn)。
在第一個(gè)有利的實(shí)施形式中，在與第二半導(dǎo)體區(qū)相對(duì)的一側(cè)的通道區(qū)以另一p-n-結(jié)的一個(gè)耗盡區(qū)為界。該p-n-結(jié)由第一半導(dǎo)體區(qū)和至少一個(gè)與第一半導(dǎo)體區(qū)相反導(dǎo)電類型的第三半導(dǎo)體區(qū)建立。最好給第三半導(dǎo)體區(qū)配備一個(gè)控制電極以便通過(guò)施加一個(gè)控制電壓控制通道區(qū)的電阻。
在另一個(gè)實(shí)施形式中，處于與第二半導(dǎo)體區(qū)相對(duì)一側(cè)的通道區(qū)以至少一個(gè)肖特基觸點(diǎn)的耗盡區(qū)為界。也是在該實(shí)施例中，優(yōu)選在該肖特基觸點(diǎn)上可施加一個(gè)控制電壓，以控制通道區(qū)的電阻。
另一個(gè)實(shí)施形式的特征在于，在和上述第一半導(dǎo)體區(qū)表面相背對(duì)的該第一半導(dǎo)體區(qū)的另一表面設(shè)置另一接觸區(qū)。在該接觸區(qū)和與第一半導(dǎo)體區(qū)的另一表面的接觸區(qū)之間可以施加一個(gè)該半導(dǎo)體設(shè)備的工作電壓。
參考附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，附圖中

圖1為具有下面由一個(gè)p-n-結(jié)為界的通道區(qū)的半導(dǎo)體設(shè)備的一個(gè)實(shí)施形式，圖2為具有一個(gè)附加p-n-結(jié)的半導(dǎo)體裝置的一個(gè)實(shí)施形式，圖3為具有控制電極的半導(dǎo)體裝置的一個(gè)實(shí)施形式，圖4為具有附加的肖特基觸點(diǎn)的半導(dǎo)體裝置的一個(gè)實(shí)施形式。
圖1所示的半導(dǎo)體裝置包括一個(gè)n型第一半導(dǎo)體區(qū)2和一個(gè)p型第二半導(dǎo)體區(qū)3。第一半導(dǎo)體區(qū)2具有一個(gè)優(yōu)選為平的表面20。第二半導(dǎo)體區(qū)3安裝在第一半導(dǎo)體區(qū)2內(nèi)部位于表面20的下面，至少其朝向第一半導(dǎo)體區(qū)的表面20的一側(cè)是水平的，也就是說(shuō)基本平行于第一半導(dǎo)體區(qū)2的表面20。第二半導(dǎo)體區(qū)3優(yōu)選在第一半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)用離子植入雜質(zhì)材料粒子形成。希望的摻雜剖面通過(guò)滲透曲線在離子植入時(shí)借助于離子能量來(lái)調(diào)節(jié)。第二半導(dǎo)體區(qū)3垂直于第一半導(dǎo)體區(qū)2的表面20方向上測(cè)量的長(zhǎng)度D無(wú)關(guān)緊要，它是在離子植入時(shí)考慮到可能的植入掩模由離子能量形成。在第一半導(dǎo)體區(qū)2和具有相反雜質(zhì)的第二半導(dǎo)體區(qū)3之間建立起一個(gè)p-n-結(jié)，其耗盡區(qū)用23表示。該p-n-結(jié)的耗盡區(qū)23包圍整個(gè)第二半導(dǎo)體區(qū)3。第二半導(dǎo)體區(qū)3平行于第一半導(dǎo)體區(qū)2的表面20的水平伸長(zhǎng)在所示截面中用B表示。在第一半導(dǎo)體區(qū)2的表面20上提供一個(gè)歐姆接觸的接觸區(qū)5。該歐姆接觸區(qū)5優(yōu)選為和第一半導(dǎo)體區(qū)2同一導(dǎo)電類型的高雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)，在所示實(shí)施例中用n表示。在接觸區(qū)5上可以用一個(gè)未示出的電極加一電壓。在所示截面中接觸區(qū)5的水平伸長(zhǎng)用b來(lái)表示。接觸區(qū)5的水平伸長(zhǎng)b橫向，也就是說(shuō)在平行于第一半導(dǎo)體區(qū)2的表面20的所有方向上小于第二半導(dǎo)體區(qū)3的水平伸長(zhǎng)B。第二半導(dǎo)體區(qū)3和接觸區(qū)5如此相對(duì)安排，使得在垂直于第一半導(dǎo)體區(qū)2的表面20的一個(gè)投影內(nèi)接觸區(qū)5的投影完全位于第二半導(dǎo)體區(qū)3的投影內(nèi)。因此在接觸區(qū)5的外端和第二半導(dǎo)體區(qū)3的外端之間在第一半導(dǎo)體區(qū)2內(nèi)至少形成一個(gè)通道區(qū)22，其在接觸區(qū)5的不同端的水平伸長(zhǎng)L1和L2可以相同，也可以不同。于是對(duì)于水平伸長(zhǎng)L1、L2、b和B成立如下關(guān)系L1+b+L2=B。至少一個(gè)通道區(qū)22的下面，亦即在背對(duì)表面20一側(cè)的方向上，以第一半導(dǎo)體區(qū)2和第二半導(dǎo)體區(qū)3之間的p-n-結(jié)的耗盡區(qū)為界，而在上面，在圖示實(shí)施形式中由第一半導(dǎo)體區(qū)2的表面20為界。在給接觸區(qū)5和另一未示出的在第一半導(dǎo)體區(qū)2的表面20上安裝的、或者在和第一半導(dǎo)體區(qū)2的表面20相對(duì)的另一表面上安裝的接觸區(qū)之間施加一個(gè)電壓時(shí)，便通過(guò)在第一半導(dǎo)體區(qū)2的至少一個(gè)通道在這兩個(gè)接觸區(qū)之間流過(guò)一個(gè)電流。通過(guò)選擇通道區(qū)22的幾何尺寸可以調(diào)節(jié)通道區(qū)22的電阻，從而調(diào)節(jié)其載流能力，并從而以一種希望的方式限制兩個(gè)接觸區(qū)之間的電流。沿豎直方向，亦即垂直于第一半導(dǎo)體區(qū)2的表面20的方向?qū)νǖ绤^(qū)22測(cè)得的長(zhǎng)度用d表示，其由第二半導(dǎo)體區(qū)3到第一半導(dǎo)體區(qū)2的表面20的距離以及在第一半導(dǎo)體區(qū)2和第二半導(dǎo)體區(qū)3之間建立的p-n-結(jié)的耗盡區(qū)23的伸長(zhǎng)確定。這里，p-n-結(jié)的耗盡區(qū)23的伸長(zhǎng)依賴于在第一半導(dǎo)體區(qū)2和第二半導(dǎo)體區(qū)3中的載流子濃度和在這兩個(gè)半導(dǎo)體區(qū)2和3之間存在的反向電壓(在p-n-結(jié)上的反向電勢(shì)差)。因此，通道區(qū)22的電阻也可以通過(guò)施加一個(gè)控制電壓改變第二半導(dǎo)體區(qū)3的電勢(shì)來(lái)控制。如上所述，水平伸長(zhǎng)L1和L2由接觸區(qū)5和第二半導(dǎo)體區(qū)3的重疊確定。
圖2表示另一種調(diào)節(jié)至少一個(gè)通道區(qū)22的載流能力的可能方案。圖2的半導(dǎo)體裝置至少包括一個(gè)第三半導(dǎo)體區(qū)4、它是p型雜質(zhì)區(qū)，因此和第一半導(dǎo)體區(qū)2是相反的導(dǎo)電類型，并與第一半導(dǎo)體區(qū)2相鄰。第三半導(dǎo)體區(qū)4為橫向設(shè)置亦即平行于第一半導(dǎo)體區(qū)2的表面20并與第二半導(dǎo)體區(qū)3錯(cuò)位地設(shè)置，使得在向第一半導(dǎo)體區(qū)2的表面20上的一個(gè)投影沿左側(cè)的長(zhǎng)度L1和沿右側(cè)的長(zhǎng)度L2與半導(dǎo)體區(qū)3和4都重疊。由此在兩個(gè)p雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)3和4之間在第一半導(dǎo)體區(qū)2內(nèi)形成一個(gè)水平伸長(zhǎng)的通道區(qū)22，它的下面和圖1一樣，由在第一半導(dǎo)體區(qū)2和第二半導(dǎo)體區(qū)3之間建立的p-n-結(jié)的耗盡區(qū)為界，而在上面現(xiàn)在由在第一半導(dǎo)體區(qū)2和第三半導(dǎo)體區(qū)4之間建立的p-n-結(jié)的耗盡區(qū)24為界。在該實(shí)施例中，另外可以通過(guò)調(diào)節(jié)另一個(gè)p-n-結(jié)的耗盡區(qū)24的伸長(zhǎng)而影響電流I。在第一半導(dǎo)體區(qū)2和第三半導(dǎo)體區(qū)4之間建立的p-n-結(jié)的耗盡區(qū)24與半導(dǎo)體區(qū)2和4兩者內(nèi)的載流子濃度、第三半導(dǎo)體區(qū)4的幾何尺寸和在p-n-結(jié)上施加的電壓有關(guān)。所示實(shí)施例中的接觸區(qū)5直接與第三半導(dǎo)體區(qū)4鄰接，使得通道區(qū)22的水平伸長(zhǎng)L1和L2與在和表面20正交的投影的兩個(gè)半導(dǎo)體區(qū)3和4的重疊部分相一致。但是接觸區(qū)5和第三半導(dǎo)體區(qū)4也可以水平錯(cuò)置。在和第一半導(dǎo)體區(qū)2的第一表面20相對(duì)的另一表面21上安裝另一接觸區(qū)6，例如一個(gè)電極。在第一接觸區(qū)5和另一接觸區(qū)6之間施加半導(dǎo)體設(shè)備的工作電壓。在圖示實(shí)施例中接觸區(qū)5與陰極，接觸區(qū)6與陽(yáng)極相連。在置換半導(dǎo)體區(qū)的導(dǎo)電類型時(shí)要同時(shí)置換工作電壓的極性。圖1和圖2所示實(shí)施例特別適合作為無(wú)源限流器使用。
圖3表示可調(diào)節(jié)電流限幅的半導(dǎo)體裝置的一個(gè)實(shí)施形式。在第一半導(dǎo)體區(qū)2的表面20上安裝多個(gè)彼此相距的接觸區(qū)5，圖中只表示出兩個(gè)。給這些接觸區(qū)5配置一個(gè)公共的電極7。在第一半導(dǎo)體區(qū)2中的接觸區(qū)5下面埋置一個(gè)與第一半導(dǎo)體區(qū)2相反雜質(zhì)的第二半導(dǎo)體區(qū)3。在第一半導(dǎo)體區(qū)2的表面20上，在接觸區(qū)5之間分別以一橫向距離a安裝另一半導(dǎo)體區(qū)4，它們均摻有和第一半導(dǎo)體區(qū)相反的雜質(zhì)。半導(dǎo)體區(qū)3和4各自基本上與第一半導(dǎo)體區(qū)2的表面20平行。每一半導(dǎo)體區(qū)4在沿垂直于表面20的方向上的一個(gè)投影中與兩個(gè)半導(dǎo)體區(qū)3重疊，而每一半導(dǎo)體區(qū)3又與兩個(gè)半導(dǎo)體區(qū)4重疊。由此，在第一半導(dǎo)體區(qū)2中構(gòu)成了水平通道區(qū)22，它和圖2中一樣，在下面和上面各以一個(gè)p-n-結(jié)的耗盡區(qū)為界。下面的p-n-結(jié)在第一半導(dǎo)體區(qū)2和第二半導(dǎo)體區(qū)3之間構(gòu)成，上面的p-n-結(jié)是在第一半導(dǎo)體區(qū)2和各個(gè)半導(dǎo)體區(qū)4之間構(gòu)成。在圖示實(shí)施例中第一半導(dǎo)體區(qū)2是由一個(gè)基片27和一個(gè)在其上安裝的外延生長(zhǎng)型半導(dǎo)體層26構(gòu)成，它們?yōu)橥粚?dǎo)電類型。在背對(duì)半導(dǎo)體層26的、作為第一半導(dǎo)體區(qū)2的第二表面21的基片的另一側(cè)上又安裝一個(gè)電極6。在電極6和電極7之間施加該半導(dǎo)體裝置的工作電壓。在第二半導(dǎo)體區(qū)3中構(gòu)造橫向伸長(zhǎng)為A的開(kāi)口，通過(guò)它們，第一半導(dǎo)體區(qū)2的各通道區(qū)29基本垂直于表面20延伸。每一通道區(qū)29在水平方向上以由第一半導(dǎo)體區(qū)2和第二半導(dǎo)體區(qū)3構(gòu)成的p-n-結(jié)的未示出的耗盡區(qū)為界。選擇第二半導(dǎo)體區(qū)3中的開(kāi)孔的水平長(zhǎng)度A，使得在接觸區(qū)5和7之間可施加的最大反向電壓至少盡可能與最大體積阻擋電壓一致，它能承載在第二半導(dǎo)體區(qū)3底側(cè)位于半導(dǎo)體區(qū)2和3之間的p-n-結(jié)。這相應(yīng)于在截止時(shí)至少盡可能為一平面的等勢(shì)線曲線。第二半導(dǎo)體區(qū)3中開(kāi)孔的水平長(zhǎng)度A的典型值在1μm和10μm之間。在貫通方向上施加一個(gè)極化的工作電壓時(shí)，在電極7和電極6之間會(huì)沿圖示箭頭流過(guò)一個(gè)電流I，它首先穿過(guò)水平通道區(qū)22，然后實(shí)際上在垂直于表面20的方向上通過(guò)第一半導(dǎo)體區(qū)2中的堅(jiān)直通道區(qū)29流過(guò)。流經(jīng)通道區(qū)22的電流可以通過(guò)控制半導(dǎo)體區(qū)4的極性而受到控制，特別是受到限制。為此給半導(dǎo)體區(qū)4配備一個(gè)控制電極40，其上優(yōu)選施加相同的控制電壓。控制電極40和公共電極7由絕緣層11以所謂的埋置門技術(shù)分開(kāi)。圖3所示的這樣一種實(shí)施形式可以作為有源限流器使用。
圖4表示半導(dǎo)體可控限流裝置的另一實(shí)施形式。第一半導(dǎo)體區(qū)2內(nèi)的通道區(qū)22在該實(shí)施例中上面以一個(gè)肖特基觸點(diǎn)8的耗盡區(qū)(阻擋層)82為界，而在下面還是以在第一半導(dǎo)體區(qū)2和埋置的半導(dǎo)體區(qū)3之間的p-n-結(jié)的耗盡區(qū)23為界。肖特基觸點(diǎn)8優(yōu)選安裝在第一半導(dǎo)體區(qū)2的表面20上。肖特基觸點(diǎn)8的耗盡區(qū)82的伸長(zhǎng)可以通過(guò)改變施加在該肖特基觸點(diǎn)8上的肖特基控制電壓Us來(lái)控制。由此可以控制通道區(qū)22的豎直伸長(zhǎng)(深度)d，從而也控制了在帶電極7的接觸區(qū)5和電極6之間流過(guò)電流的載流能力。施加在兩個(gè)電極6和7上的半導(dǎo)體裝置的工作電壓用U表示，它特別可以為一交變電壓。通道區(qū)22的豎直伸長(zhǎng)d在圖示實(shí)施例中另外由從第一半導(dǎo)體區(qū)2去掉半導(dǎo)體材料(例如通過(guò)蝕刻過(guò)程)而控制。肖特基觸點(diǎn)8安裝在由于去掉半導(dǎo)體材料而形成的下陷處28，并因此相對(duì)于第一半導(dǎo)體區(qū)2的原來(lái)的表面向下錯(cuò)位。這種通過(guò)產(chǎn)生下陷或者補(bǔ)充以另外的材料升高來(lái)調(diào)節(jié)通道區(qū)22的豎直伸長(zhǎng)d的方法也可以用于其它實(shí)施例。
所述的該半導(dǎo)體裝置的所有實(shí)施例都可以以不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，特別是以具有多層金屬噴涂的單元設(shè)計(jì)或者以一種梳式結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1．一種半導(dǎo)體裝置，其具有a)一個(gè)給定導(dǎo)電類型(n或者p)的第一半導(dǎo)體區(qū)(2)，b)在第一半導(dǎo)體區(qū)(2)的表面(20)上安裝的一個(gè)接觸區(qū)(5)，c)第二半導(dǎo)體區(qū)(3)，它安裝在第一半導(dǎo)體區(qū)(2)內(nèi)接觸區(qū)(5)的下面，并和第一半導(dǎo)體區(qū)(2)的導(dǎo)電類型相反，其中，d)第二半導(dǎo)體區(qū)(3)在平行于第一半導(dǎo)體區(qū)(2)的表面(20)的所有方向上比接觸區(qū)(5)更長(zhǎng)，使得在第一半導(dǎo)體區(qū)(2)內(nèi)至少建立一個(gè)通道區(qū)(22)，其在下面以在第一半導(dǎo)體區(qū)(2)和第二半導(dǎo)體區(qū)(3)之間構(gòu)成的p-n-結(jié)的耗盡區(qū)(23)為界，它在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)從接觸區(qū)(5)或者向接觸區(qū)(5)傳輸電流。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其至少具有一個(gè)和第一半導(dǎo)體區(qū)(2)相反導(dǎo)電類型(p或者n)的第三半導(dǎo)體區(qū)(4)，其中在第三半導(dǎo)體區(qū)(4)和第一半導(dǎo)體區(qū)(2)之間構(gòu)成一個(gè)p-n-結(jié)，它的耗盡區(qū)(24)作為通道區(qū)(22)在與第二半導(dǎo)體區(qū)(3)相對(duì)的一側(cè)的邊界。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其中給第三半導(dǎo)體區(qū)(4)配置一個(gè)控制電極(40)，用以通過(guò)施加一個(gè)控制電壓來(lái)控制通道區(qū)(22)的電阻。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其具有至少一個(gè)肖特基觸點(diǎn)(6)，它的耗盡區(qū)(62)作為通道區(qū)(22)在與第二半導(dǎo)體區(qū)(3)相對(duì)的一側(cè)的邊界。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置，其中在肖特基觸點(diǎn)(6)上可施加一個(gè)控制電壓(Us)，以控制通道區(qū)(22)的電阻。
6．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體裝置，其中，在背對(duì)第一半導(dǎo)體區(qū)(2)的所述表面(20)的半導(dǎo)體區(qū)(2)的另一表面(21)上裝備另一接觸區(qū)(6)；第二半導(dǎo)體區(qū)(3)經(jīng)過(guò)一個(gè)基本垂直于第一半導(dǎo)體區(qū)(2)的表面(20)走向的第一半導(dǎo)體區(qū)(2)的通道區(qū)(29)，在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)通過(guò)它流過(guò)兩個(gè)接觸區(qū)(6，7)之間的電流(I)。
全文摘要
一種半導(dǎo)體裝置,其包括一個(gè)水平通道區(qū)(22)和一個(gè)在n導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)(2)內(nèi)與之相連接的豎直通道區(qū)(29)。兩個(gè)通道區(qū)都以一個(gè)p－n－結(jié)的耗盡區(qū)(23)為界。所述p－n－結(jié)在第一半導(dǎo)體區(qū)(2)和一個(gè)在第一半導(dǎo)體區(qū)(2)中埋置的、p導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)之間構(gòu)成。
文檔編號(hào)H01L29/812GK1205802SQ96199113
公開(kāi)日1999年1月20日 申請(qǐng)日期1996年12月6日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月22日
發(fā)明者迪特里?！に沟俜? 海因茨·米特萊納, 烏爾里克·韋納特 申請(qǐng)人:西門子公司