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。
為給一個用電器供以額定電流，要把該用電器通過一個開關(guān)設(shè)備接入電網(wǎng)。在接通過程以及在短路情況下一般會出現(xiàn)過流，它大大超過額定電流。為保護用電器，在用電器和電網(wǎng)之間接入的開關(guān)設(shè)備必須能夠快速采集過電流，特別是短路電流，并將其限定在一個預(yù)定的數(shù)值，并接著能切斷電路。已知有限流開關(guān)用于這種功能，它們可以使用機械開關(guān)，或者用半導(dǎo)體開關(guān)建立。
DE-A-43 30 459公開了一種半導(dǎo)體限流開關(guān)，它具有一種給定導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)，在其彼此相對的表面上各安裝一個電極。在第一半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)，現(xiàn)在在兩個電極之間設(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)的兩個表面(垂直通道)。在兩個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，它能夠在過流時通過限流接通電路。
本發(fā)明目的可通過權(quán)利要求1所述特征來實現(xiàn)。該半導(dǎo)體設(shè)備包括一個給定導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)、一個在第一半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)的一個表面上安裝的觸點區(qū)和一個在第一半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)觸點區(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區(qū)更長，使得在第一半導(dǎo)體區(qū)至少建立一個通道區(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本發(fā)明的半導(dǎo)體設(shè)備的其它有利的擴展和改進。
在第一個有利的實施形式中，在與第二半導(dǎo)體區(qū)相對的一側(cè)的通道區(qū)以另一p-n-結(jié)的一個耗盡區(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)配備一個控制電極以便通過施加一個控制電壓控制通道區(qū)的電阻。
在另一個實施形式中，處于與第二半導(dǎo)體區(qū)相對一側(cè)的通道區(qū)以至少一個肖特基觸點的耗盡區(qū)為界。也是在該實施例中，優(yōu)選在該肖特基觸點上可施加一個控制電壓，以控制通道區(qū)的電阻。
另一個實施形式的特征在于，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)之間可以施加一個該半導(dǎo)體設(shè)備的工作電壓。
參考附圖進一步說明本發(fā)明，附圖中

圖1為具有下面由一個p-n-結(jié)為界的通道區(qū)的半導(dǎo)體設(shè)備的一個實施形式，圖2為具有一個附加p-n-結(jié)的半導(dǎo)體裝置的一個實施形式，圖3為具有控制電極的半導(dǎo)體裝置的一個實施形式，圖4為具有附加的肖特基觸點的半導(dǎo)體裝置的一個實施形式。
圖1所示的半導(dǎo)體裝置包括一個n型第一半導(dǎo)體區(qū)2和一個p型第二半導(dǎo)體區(qū)3。第一半導(dǎo)體區(qū)2具有一個優(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滲透曲線在離子植入時借助于離子能量來調(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方向上測量的長度D無關(guān)緊要，它是在離子植入時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)，在所示實施例中用n表示。在接觸區(qū)5上可以用一個未示出的電極加一電壓。在所示截面中接觸區(qū)5的水平伸長用b來表示。接觸區(qū)5的水平伸長b橫向，也就是說在平行于第一半導(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B。第二半導(dǎo)體區(qū)3和接觸區(qū)5如此相對安排，使得在垂直于第一半導(dǎo)體區(qū)2的表面20的一個投影內(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)至少形成一個通道區(qū)22，其在接觸區(qū)5的不同端的水平伸長L1和L2可以相同，也可以不同。于是對于水平伸長L1、L2、b和B成立如下關(guān)系L1+b+L2=B。至少一個通道區(qū)22的下面，亦即在背對表面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相對的另一表面上安裝的接觸區(qū)之間施加一個電壓時，便通過在第一半導(dǎo)體區(qū)2的至少一個通道在這兩個接觸區(qū)之間流過一個電流。通過選擇通道區(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測得的長度用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的伸長確定。這里，p-n-結(jié)的耗盡區(qū)23的伸長依賴于在第一半導(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)上的反向電勢差)。因此，通道區(qū)22的電阻也可以通過施加一個控制電壓改變第二半導(dǎo)體區(qū)3的電勢來控制。如上所述，水平伸長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上的一個投影沿左側(cè)的長度L1和沿右側(cè)的長度L2與半導(dǎo)體區(qū)3和4都重疊。由此在兩個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)形成一個水平伸長的通道區(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。在該實施例中，另外可以通過調(diào)節(jié)另一個p-n-結(jié)的耗盡區(qū)24的伸長而影響電流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L1和L2與在和表面20正交的投影的兩個半導(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也可以水平錯置。在和第一半導(dǎo)體區(qū)2的第一表面20相對的另一表面21上安裝另一接觸區(qū)6，例如一個電極。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。在圖示實施例中接觸區(qū)5與陰極，接觸區(qū)6與陽極相連。在置換半導(dǎo)體區(qū)的導(dǎo)電類型時要同時置換工作電壓的極性。圖1和圖2所示實施例特別適合作為無源限流器使用。
圖3表示可調(diào)節(jié)電流限幅的半導(dǎo)體裝置的一個實施形式。在第一半導(dǎo)體區(qū)2的表面20上安裝多個彼此相距的接觸區(qū)5，圖中只表示出兩個。給這些接觸區(qū)5配置一個公共的電極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的方向上的一個投影中與兩個半導(dǎo)體區(qū)3重疊，而每一半導(dǎo)體區(qū)3又與兩個半導(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和各個半導(dǎo)體區(qū)4之間構(gòu)成。在圖示實施例中第一半導(dǎo)體區(qū)2是由一個基片27和一個在其上安裝的外延生長型半導(dǎo)體層26構(gòu)成，它們?yōu)橥粚?dǎo)電類型。在背對半導(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)造橫向伸長為A的開口，通過它們，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中的開孔的水平長度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)于在截止時至少盡可能為一平面的等勢線曲線。第二半導(dǎo)體區(qū)3中開孔的水平長度A的典型值在1μm和10μm之間。在貫通方向上施加一個極化的工作電壓時，在電極7和電極6之間會沿圖示箭頭流過一個電流I，它首先穿過水平通道區(qū)22，然后實際上在垂直于表面20的方向上通過第一半導(dǎo)體區(qū)2中的堅直通道區(qū)29流過。流經(jīng)通道區(qū)22的電流可以通過控制半導(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。圖3所示的這樣一種實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施形式。第一半導(dǎo)體區(qū)2內(nèi)的通道區(qū)22在該實施例中上面以一個肖特基觸點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8的耗盡區(qū)82的伸長可以通過改變施加在該肖特基觸點8上的肖特基控制電壓Us來控制。由此可以控制通道區(qū)22的豎直伸長(深度)d，從而也控制了在帶電極7的接觸區(qū)5和電極6之間流過電流的載流能力。施加在兩個電極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d在圖示實施例中另外由從第一半導(dǎo)體區(qū)2去掉半導(dǎo)體材料(例如通過蝕刻過程)而控制。肖特基觸點8安裝在由于去掉半導(dǎo)體材料而形成的下陷處28，并因此相對于第一半導(dǎo)體區(qū)2的原來的表面向下錯位。這種通過產(chǎn)生下陷或者補充以另外的材料升高來調(diào)節(jié)通道區(qū)22的豎直伸長d的方法也可以用于其它實施例。
所述的該半導(dǎo)體裝置的所有實施例都可以以不同的拓撲結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，特別是以具有多層金屬噴涂的單元設(shè)計或者以一種梳式結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1．一種半導(dǎo)體裝置，其具有a)一個給定導(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，使得在第一半導(dǎo)體區(qū)(2)內(nèi)至少建立一個通道區(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)配置一個控制電極(40)，用以通過施加一個控制電壓來控制通道區(qū)(22)的電阻。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其具有至少一個肖特基觸點(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(6)上可施加一個控制電壓(Us)，以控制通道區(qū)(22)的電阻。
6．根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體裝置，其中，在背對第一半導(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)過一個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)時通過它流過兩個接觸區(qū)(6，7)之間的電流(I)。
全文摘要
一種半導(dǎo)體裝置,其包括一個水平通道區(qū)(22)和一個在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)。兩個通道區(qū)都以一個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H01L29/812GK1205802SQ96199113
公開日1999年1月20日 申請日期1996年12月6日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月22日
發(fā)明者迪特里希·斯蒂法妮, 海因茨·米特萊納, 烏爾里克·韋納特 申請人:西門子公司