專利名稱：半導體限流設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體設備。
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設備接入電網。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，在用電器和電網之間接入的開關設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定的數(shù)值，并接著能切斷電路。已知有限流開關用于這種功能，它們可以使用機械開關，或者用半導體開關建立。
DE-A-43 30 459公開了一種半導體限流開關，它具有一種給定導電類型的第一半導體區(qū)，在其彼此相對的表面上各安裝一個電極。在第一半導體區(qū)內，現(xiàn)在在兩個電極之間設置相隔一定距離的另一種相反導電類型的半導體區(qū)。在各個另外的半導體區(qū)各建立第一半導體區(qū)的通道區(qū)，它們垂直于第一半導體區(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，可以在第一半導體區(qū)內的相反雜質的半導體區(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，提供一種半導體設備，它能夠在過流時通過限流接通電路。
本發(fā)明目的可通過權利要求1所述特征來實現(xiàn)。該半導體設備包括一個給定導電類型的第一半導體區(qū)、一個在第一半導體區(qū)內的一個表面上安裝的觸點區(qū)和一個在第一半導體區(qū)內觸點區(qū)下面安裝的和第一半導體區(qū)導電類型相反的第二半導體區(qū)。第二半導體區(qū)在平行于第一半導體區(qū)表面的所有方向上比觸點區(qū)更長，使得在第一半導體區(qū)至少建立一個通道區(qū)，它在下面以在第一半導體區(qū)和第二半導體區(qū)之間建立的p-n-結的耗盡區(qū)為界，并在導通狀態(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)是橫向設置在第一半導體區(qū)內并因此具有非常好的飽和特性。
從與權利要求1相關的從屬權利要求中可以得到對本發(fā)明的半導體設備的其它有利的擴展和改進。
在第一個有利的實施形式中，在與第二半導體區(qū)相對的一側的通道區(qū)以另一p-n-結的一個耗盡區(qū)為界。該p-n-結由第一半導體區(qū)和至少一個與第一半導體區(qū)相反導電類型的第三半導體區(qū)建立。最好給第三半導體區(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，處于與第二半導體區(qū)相對一側的通道區(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，在和上述第一半導體區(qū)表面相背對的該第一半導體區(qū)的另一表面設置另一接觸區(qū)。在該接觸區(qū)和與第一半導體區(qū)的另一表面的接觸區(qū)之間可以施加一個該半導體設備的工作電壓。
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-結為界的通道區(qū)的半導體設備的一個實施形式，圖2為具有一個附加p-n-結的半導體裝置的一個實施形式，圖3為具有控制電極的半導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體裝置的一個實施形式。
圖1所示的半導體裝置包括一個n型第一半導體區(qū)2和一個p型第二半導體區(qū)3。第一半導體區(qū)2具有一個優(yōu)選為平的表面20。第二半導體區(qū)3安裝在第一半導體區(qū)2內部位于表面20的下面，至少其朝向第一半導體區(qū)的表面20的一側是水平的，也就是說基本平行于第一半導體區(qū)2的表面20。第二半導體區(qū)3優(yōu)選在第一半導體區(qū)內用離子植入雜質材料粒子形成。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節(jié)。第二半導體區(qū)3垂直于第一半導體區(qū)2的表面20方向上測量的長度D無關緊要，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。在第一半導體區(qū)2和具有相反雜質的第二半導體區(qū)3之間建立起一個p-n-結，其耗盡區(qū)用23表示。該p-n-結的耗盡區(qū)23包圍整個第二半導體區(qū)3。第二半導體區(qū)3平行于第一半導體區(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)選為和第一半導體區(qū)2同一導電類型的高雜質半導體區(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體區(qū)2的表面20的所有方向上小于第二半導體區(qū)3的水平伸長B。第二半導體區(qū)3和接觸區(qū)5如此相對安排，使得在垂直于第一半導體區(qū)2的表面20的一個投影內接觸區(qū)5的投影完全位于第二半導體區(qū)3的投影內。因此在接觸區(qū)5的外端和第二半導體區(qū)3的外端之間在第一半導體區(qū)2內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20一側的方向上，以第一半導體區(qū)2和第二半導體區(qū)3之間的p-n-結的耗盡區(qū)為界，而在上面，在圖示實施形式中由第一半導體區(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體區(qū)2的表面20上安裝的、或者在和第一半導體區(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的幾何尺寸可以調節(jié)通道區(qū)22的電阻，從而調節(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體區(qū)2的表面20的方向對通道區(qū)22測得的長度用d表示，其由第二半導體區(qū)3到第一半導體區(qū)2的表面20的距離以及在第一半導體區(qū)2和第二半導體區(qū)3之間建立的p-n-結的耗盡區(qū)23的伸長確定。這里，p-n-結的耗盡區(qū)23的伸長依賴于在第一半導體區(qū)2和第二半導體區(qū)3中的載流子濃度和在這兩個半導體區(qū)2和3之間存在的反向電壓(在p-n-結上的反向電勢差)。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和第二半導體區(qū)3的重疊確定。
圖2表示另一種調節(jié)至少一個通道區(qū)22的載流能力的可能方案。圖2的半導體裝置至少包括一個第三半導體區(qū)4、它是p型雜質區(qū)，因此和第一半導體區(qū)2是相反的導電類型，并與第一半導體區(qū)2相鄰。第三半導體區(qū)4為橫向設置亦即平行于第一半導體區(qū)2的表面20并與第二半導體區(qū)3錯位地設置，使得在向第一半導體區(qū)2的表面20上的一個投影沿左側的長度L1和沿右側的長度L2與半導體區(qū)3和4都重疊。由此在兩個p雜質半導體區(qū)3和4之間在第一半導體區(qū)2內形成一個水平伸長的通道區(qū)22，它的下面和圖1一樣，由在第一半導體區(qū)2和第二半導體區(qū)3之間建立的p-n-結的耗盡區(qū)為界，而在上面現(xiàn)在由在第一半導體區(qū)2和第三半導體區(qū)4之間建立的p-n-結的耗盡區(qū)24為界。在該實施例中，另外可以通過調節(jié)另一個p-n-結的耗盡區(qū)24的伸長而影響電流I。在第一半導體區(qū)2和第三半導體區(qū)4之間建立的p-n-結的耗盡區(qū)24與半導體區(qū)2和4兩者內的載流子濃度、第三半導體區(qū)4的幾何尺寸和在p-n-結上施加的電壓有關。所示實施例中的接觸區(qū)5直接與第三半導體區(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和第三半導體區(qū)4也可以水平錯置。在和第一半導體區(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之間施加半導體設備的工作電壓。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。在置換半導體區(qū)的導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表示可調節(jié)電流限幅的半導體裝置的一個實施形式。在第一半導體區(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。在第一半導體區(qū)2中的接觸區(qū)5下面埋置一個與第一半導體區(qū)2相反雜質的第二半導體區(qū)3。在第一半導體區(qū)2的表面20上，在接觸區(qū)5之間分別以一橫向距離a安裝另一半導體區(qū)4，它們均摻有和第一半導體區(qū)相反的雜質。半導體區(qū)3和4各自基本上與第一半導體區(qū)2的表面20平行。每一半導體區(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體區(qū)3重疊，而每一半導體區(qū)3又與兩個半導體區(qū)4重疊。由此，在第一半導體區(qū)2中構成了水平通道區(qū)22，它和圖2中一樣，在下面和上面各以一個p-n-結的耗盡區(qū)為界。下面的p-n-結在第一半導體區(qū)2和第二半導體區(qū)3之間構成，上面的p-n-結是在第一半導體區(qū)2和各個半導體區(qū)4之間構成。在圖示實施例中第一半導體區(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體層26構成，它們?yōu)橥粚щ婎愋?。在背對半導體層26的、作為第一半導體區(qū)2的第二表面21的基片的另一側上又安裝一個電極6。在電極6和電極7之間施加該半導體裝置的工作電壓。在第二半導體區(qū)3中構造橫向伸長為A的開口，通過它們，第一半導體區(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體區(qū)2和第二半導體區(qū)3構成的p-n-結的未示出的耗盡區(qū)為界。選擇第二半導體區(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體區(qū)3底側位于半導體區(qū)2和3之間的p-n-結。這相應于在截止時至少盡可能為一平面的等勢線曲線。第二半導體區(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體區(qū)2中的堅直通道區(qū)29流過。流經通道區(qū)22的電流可以通過控制半導體區(qū)4的極性而受到控制，特別是受到限制。為此給半導體區(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?？刂齐姌O40和公共電極7由絕緣層11以所謂的埋置門技術分開。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表示半導體可控限流裝置的另一實施形式。第一半導體區(qū)2內的通道區(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體區(qū)2和埋置的半導體區(qū)3之間的p-n-結的耗盡區(qū)23為界。肖特基觸點8優(yōu)選安裝在第一半導體區(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體區(qū)2去掉半導體材料(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體材料而形成的下陷處28，并因此相對于第一半導體區(qū)2的原來的表面向下錯位。這種通過產生下陷或者補充以另外的材料升高來調節(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。
所述的該半導體裝置的所有實施例都可以以不同的拓撲結構實現(xiàn)，特別是以具有多層金屬噴涂的單元設計或者以一種梳式結構實現(xiàn)。
權利要求
1．一種半導體裝置，其具有a)一個給定導電類型(n或者p)的第一半導體區(qū)(2)，b)在第一半導體區(qū)(2)的表面(20)上安裝的一個接觸區(qū)(5)，c)第二半導體區(qū)(3)，它安裝在第一半導體區(qū)(2)內接觸區(qū)(5)的下面，并和第一半導體區(qū)(2)的導電類型相反，其中，d)第二半導體區(qū)(3)在平行于第一半導體區(qū)(2)的表面(20)的所有方向上比接觸區(qū)(5)更長，使得在第一半導體區(qū)(2)內至少建立一個通道區(qū)(22)，其在下面以在第一半導體區(qū)(2)和第二半導體區(qū)(3)之間構成的p-n-結的耗盡區(qū)(23)為界，它在導通狀態(tài)時從接觸區(qū)(5)或者向接觸區(qū)(5)傳輸電流。
2．根據(jù)權利要求1所述的半導體裝置，其至少具有一個和第一半導體區(qū)(2)相反導電類型(p或者n)的第三半導體區(qū)(4)，其中在第三半導體區(qū)(4)和第一半導體區(qū)(2)之間構成一個p-n-結，它的耗盡區(qū)(24)作為通道區(qū)(22)在與第二半導體區(qū)(3)相對的一側的邊界。
3．根據(jù)權利要求2所述的半導體裝置，其中給第三半導體區(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)權利要求1所述的半導體裝置，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)在與第二半導體區(qū)(3)相對的一側的邊界。
5．根據(jù)權利要求4所述的半導體裝置，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)上述任一項權利要求所述的半導體裝置，其中，在背對第一半導體區(qū)(2)的所述表面(20)的半導體區(qū)(2)的另一表面(21)上裝備另一接觸區(qū)(6)；第二半導體區(qū)(3)經過一個基本垂直于第一半導體區(qū)(2)的表面(20)走向的第一半導體區(qū)(2)的通道區(qū)(29)，在導通狀態(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
一種半導體裝置,其包括一個水平通道區(qū)(22)和一個在n導電類型的第一半導體區(qū)(2)內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－結的耗盡區(qū)(23)為界。所述p－n－結在第一半導體區(qū)(2)和一個在第一半導體區(qū)(2)中埋置的、p導電類型的第二半導體區(qū)之間構成。
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 申請人:西門子公司