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DE102019125007A1 - RC-IGBT mit einem IGBT-Bereich und einem Diodenbereich - Google Patents

RC-IGBT mit einem IGBT-Bereich und einem Diodenbereich Download PDF

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DE102019125007A1
DE102019125007A1 DE102019125007.2A DE102019125007A DE102019125007A1 DE 102019125007 A1 DE102019125007 A1 DE 102019125007A1 DE 102019125007 A DE102019125007 A DE 102019125007A DE 102019125007 A1 DE102019125007 A1 DE 102019125007A1
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igbt
diode
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Roman Baburske
Johannes Georg Laven
Frank Pfirsch
Alexander Philippou
Christian Sandow
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Infineon Technologies AG
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Abstract

Es wird ein RC-IGBT (1) mit einem n-Sperrgebiet (107) in einem Übergangsbereich (1-23) zwischen einem Diodenbereich (1-22) und einem IGBT-Bereich (1-21) angegeben.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Beschreibung betrifft Ausführungsformen eines RC-IGBT und Ausführungsformen eines Verfahrens zum Ausbilden eines RC-IGBT. Insbesondere richtet sich die Beschreibung auf Ausführungsformen eines RC-IGBT und Ausführungsformen eines Verfahrens zum Ausbilden eines RC-IGBT, bei dem in einem Übergangsbereich zwischen einem Diodenbereich und einem IGBT-Bereich ein n-Sperrgebiet bereitgestellt ist.
  • HINTERGRUND
  • Viele Funktionen moderner Vorrichtungen in Kraftfahrzeug-, Verbraucher- und Industrieanwendungen, wie etwa die Umwandlung elektrischer Energie und das Antreiben eines Elektromotors oder einer Elektromaschine, beruhen auf Leistungshalbleiterschaltern. Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (Insulated Gate Bipolar Transistors, IGBTs), Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors, MOSFETs) und Dioden, um einige zu nennen, finden zum Beispiel Verwendung für verschiedene Anwendungen, einschließlich, aber nicht beschränkt darauf, Schaltern in Stromversorgungen und Leistungswandlern.
  • Ein Leistungshalbleiterbauelement umfasst in der Regel einen Halbleiterkörper, der dazu ausgelegt ist, einen Vorwärtslaststrom entlang einem Laststrompfad zwischen zwei Lastanschlüssen des Bauelements zu leiten.
  • Ferner kann im Fall eines steuerbaren Leistungshalbleiterbauelements, z. B. eines Transistors, der Laststrompfad mithilfe einer isolierten Elektrode, gewöhnlich als Gateelektrode bezeichnet, gesteuert werden. Zum Beispiel kann bei Empfang eines entsprechenden Steuersignals, aus z. B. einer Treibereinheit, die Steuerelektrode das Leistungshalbleiterbauelement in einen aus einem leitenden Zustand und einem Sperrzustand versetzen. In manchen Fällen kann die Gateelektrode innerhalb eines Grabens des Leistungshalbleiterschalters aufgenommen sein, wobei der Graben z. B. eine Streifenkonfiguration oder Nadelkonfiguration aufweisen kann.
  • Manche Leistungshalbleiterbauelemente stellen zudem eine Rückwärtsleitfähigkeit bereit; während eines rückwärts leitenden Zustands leitet das Leistungshalbleiterbauelement einen Rückwärtslaststrom. Solche Bauelemente können so konzipiert sein, dass die Fähigkeit, einen Laststrom in Vorwärtsrichtung zu führen (größenmäßig) im Wesentlichen die gleiche ist wie die Fähigkeit, einen Laststrom in Rückwärtsrichtung zu führen.
  • Ein typisches Bauelement, das sowohl eine Vorwärts- als auch eine Rückwärtslaststromfähigkeit bereitstellt, ist der rückwärtsleitende („Reverse Conducting“, RC) IGBT, dessen allgemeine Ausgestaltung dem Fachmann bekannt ist. Typischerweise ist für einen RC-IGBT der vorwärtsleitende Zustand durch Bereitstellung eines entsprechenden Signals an die Gateelektroden steuerbar, und der rückwärtsleitende Zustand ist typischerweise nicht steuerbar, der RC-IGBT nimmt jedoch den rückwärts leitenden Zustand ein, falls aufgrund einer entsprechenden Diodenstruktur im RC-IGBT eine Rückwärtsspannung an den Lastanschlüssen vorliegt.
  • Es ist erwünscht, einen RC-IGBT neben hoher Effizienz in Bezug auf Leistungsverluste auch mit einem hohen Grad an Steuerbarkeit und Robustheit zu versehen.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Vorliegend beschriebene Aspekte betreffen Ausführungsformen eines RC-IGBT und Ausführungsformen eines Verfahrens zum Ausbilden eines RC-IGBT, bei dem in einem Übergangsbereich zwischen einem Diodenbereich und einem IGBT-Bereich ein n-Sperrgebiet bereitgestellt ist. Beispielhafte Ausgestaltungen der n-Sperrschicht können eine Qrr-Reduzierung ermöglichen, insbesondere wenn der RC-IGBT in Antriebsanwendungen eingesetzt wird, die eine schnelle Schaltfähigkeit und Kurzschlussrobustheit erfordern. Zum Beispiel wird während eines Kurzschlusses im/in den IGBT-Bereich(en) der RC-IGBT typischerweise in den Mittelgebieten des IGBT-Bereichs/der IGBT-Bereiche am heißesten, während der/die Diodenbereich(e) keine Ströme sehen, und den/die IGBT-Bereich(e) kühlen können, wodurch sich die Kurzschlussrobustheit des RC-IGBT verbessert. Je stärker die Integration der Diode, desto höher das Verbesserungspotenzial hinsichtlich der Kurzschlussrobustheit des IGBT. Jedoch kann sich eine starke Diodenintegration bei der Reduzierung von Leistungsverlusten einschränkend auswirken, aufgrund einer starken Zunahme der Menge an Ladungsträgern im Teil des IGBT-Bereichs nahe am Diodengebiet unmittelbar vor der Rückwärtserholung, falls das Gatepotenzial vom Durchlasszustandswert (z. B. 15-V) auf einen Wert unterhalb der Schwellenspannung der IGBT-MOS-Struktur (z. B. 0-V, -8-V, -15-V) umschaltet, um einen Kurzschluss des Gleichspannungszwischenkreises zu vermeiden. Gleichzeitig kann ein feines Muster von p-n-Strukturen an die Rückseite des Übergangsbereichs platziert werden, die die Ladungsträgerinjektion während des Durchlasszustands und der Rückwärtserholung unterdrücken.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein RC-IGBT: ein aktives Gebiet mit einem IGBT-Bereich, einem Diodenbereich, und einem Übergangsbereich zwischen dem IGBT-Bereich und dem Diodenbereich, wobei der IGBT-Bereich und der Diodenbereich aus entgegengesetzten Lateralrichtungen an den Übergangsbereich angrenzen; ein das aktive Gebiet umgebendes Randabschlussgebiet; einen Halbleiterkörper mit einer Vorderseite und einer Rückseite, wobei eine Dicke des Halbleiterkörpers als die Distanz entlang einer Vertikalrichtung zwischen der Vorderseite und der Rückseite definiert ist, wobei eine gesamte Lateralerstreckung des Übergangsbereichs zumindest 30 % der Halbleiterkörperdicke beträgt; mehrere jeweils im IGBT-Bereich, im Diodenbereich und im Übergangsbereich angeordnete Gräben, wobei sich jeder Graben von der Vorderseite entlang der Vertikalrichtung in den Halbleiterkörper erstreckt und eine durch einen Grabenisolator vom Halbleiterkörper isolierte Grabenelektrode umfasst, wobei zwei benachbarte Gräben einen betreffenden Mesa-Abschnitt im Halbleiterkörper definieren; einen ersten Lastanschluss an der Halbleiterkörpervorderseite und einen zweiten Lastanschluss an der Halbleiterkörperrückseite. Der IGBT-Bereich ist zum Leiten eines Vorwärtslaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss ausgelegt. Der Diodenbereich ist zum Leiten eines Rückwärtslaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss ausgelegt. Der RC-IGBT umfasst ferner einen Steueranschluss zum Steuern des Vorwärtslaststroms, wobei im IGBT-Bereich die mittlere Dichte von elektrisch mit dem Steueranschluss verbundenen Grabenelektroden zumindest doppelt so groß ist wie die mittlere Dichte von mit dem Steueranschluss verbundenen Grabenelektroden im Übergangsbereich. Der RC-IGBT umfasst ferner ein im Halbleiterkörper ausgebildetes und sich jeweils in den IGBT-Bereich, den Diodenbereich und den Übergangsbereich erstreckendes Driftgebiet eines ersten Leitfähigkeitstyps; und ein in den Mesa-Abschnitten des Halbleiterkörpers ausgebildetes und sich jeweils in den IGBT-Bereich, den Diodenbereich und den Übergangsbereich erstreckendes Bodygebiet eines zweiten Leitfähigkeitstyps. Zumindest Abschnitte des Bodygebiets sind elektrisch mit dem ersten Lastanschluss verbunden, wobei das Bodygebiet pn-Übergänge mit Teilbereichen der Mesa-Abschnitte des ersten Leitfähigkeitstyps zumindest im Übergangsbereich ausbildet. Zumindest im Übergangsbereich ist zumindest in Abschnitten der Mesa-Teilabschnitte ein Sperrgebiet der ersten Leitfähigkeit angeordnet, das eine Spitzen-Dotierstoffkonzentration aufweist, die zumindest 100-mal größer ist als eine mittlere Dotierstoffkonzentration des Driftgebiets. Die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im Übergangsbereich ist um zumindest einen Faktor 1,2 höher als die mittlere Dotierstoffdosis von Mesa-Teilabschnitten im Diodenbereich.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Ausbilden eines RC-IGBT ein Ausbilden der folgenden Komponenten: ein aktives Gebiet mit einem IGBT-Bereich, einem Diodenbereich, und einem Übergangsbereich zwischen dem IGBT-Bereich und dem Diodenbereich, wobei der IGBT-Bereich und der Diodenbereich aus entgegengesetzten Lateralrichtungen an den Übergangsbereich angrenzen; ein das aktive Gebiet umgebendes Randabschlussgebiet; einen Halbleiterkörper mit einer Vorderseite und einer Rückseite, wobei eine Dicke des Halbleiterkörpers als die Distanz entlang einer Vertikalrichtung zwischen der Vorderseite und der Rückseite definiert ist, wobei eine gesamte Lateralerstreckung des Übergangsbereichs zumindest 30 % der Halbleiterkörperdicke beträgt; mehrere jeweils im IGBT-Bereich, im Diodenbereich und im Übergangsbereich angeordnete Gräben, wobei sich jeder Graben von der Vorderseite entlang der Vertikalrichtung in den Halbleiterkörper erstreckt und eine durch einen Grabenisolator vom Halbleiterkörper isolierte Grabenelektrode umfasst, wobei zwei benachbarte Gräben einen betreffenden Mesa-Abschnitt im Halbleiterkörper definieren; einen ersten Lastanschluss an der Halbleiterkörpervorderseite und einen zweiten Lastanschluss an der Halbleiterkörperrückseite. Der IGBT-Bereich ist zum Leiten eines Vorwärtslaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss ausgelegt. Der Diodenbereich ist zum Leiten eines Rückwärtslaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss ausgelegt. Das Verfahren umfasst ferner ein Ausbilden eines Steueranschlusses zum Steuern des Vorwärtslaststroms, wobei im IGBT-Bereich die mittlere Dichte von elektrisch mit dem Steueranschluss verbundenen Grabenelektroden zumindest doppelt so groß ist wie die mittlere Dichte von mit dem Steueranschluss verbundenen Grabenelektroden im Übergangsbereich. Das Verfahren umfasst ferner ein Ausbilden eines im Halbleiterkörper ausgebildeten und sich jeweils in den IGBT-Bereich, den Diodenbereich und den Übergangsbereich erstreckenden Driftgebiets eines ersten Leitfähigkeitstyps; und eines in den Mesa-Abschnitten des Halbleiterkörpers ausgebildeten und sich jeweils in den IGBT-Bereich, den Diodenbereich und den Übergangsbereich erstreckenden Bodygebiets eines zweiten Leitfähigkeitstyps. Zumindest Abschnitte des Bodygebiets sind elektrisch mit dem ersten Lastanschluss verbunden, wobei das Bodygebiet pn-Übergänge mit Teilbereichen der Mesa-Abschnitte des ersten Leitfähigkeitstyps zumindest im Übergangsbereich ausbildet. Das Verfahren umfasst ein Ausbilden, zumindest im Übergangsbereich, eines Sperrgebiets der ersten Leitfähigkeit, das eine Spitzen-Dotierstoffkonzentration aufweist, die zumindest 100-mal größer ist als eine mittlere Dotierstoffkonzentration des Driftgebiets und das zumindest in Abschnitten der Mesa-Teilabschnitte angeordnet ist. Die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im Übergangsbereich ist um zumindest einen Faktor 1,2 höher als die mittlere Dotierstoffdosis von Mesa-Teilabschnitten im Diodenbereich.
  • Dem Fachmann werden sich beim Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung und bei der Betrachtung der begleitenden Zeichnungen zusätzliche Merkmale und Vorteile erschließen.
  • Figurenliste
  • Die Teile in den Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu, der Schwerpunkt liegt stattdessen auf der Veranschaulichung von Prinzipien der Erfindung. Ferner bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen einander entsprechende Teile. In den Zeichnungen zeigen:
    • 1 schematisch und exemplarisch ein vereinfachtes Design eines RC-IGBT gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 2 schematisch und exemplarisch einen Ausschnitt eines vertikalen Querschnitts durch einen IGBT-Bereich eines RC-IGBT gemäß manchen Ausführungsformen;
    • 3 schematisch und exemplarisch einen Ausschnitt eines vertikalen Querschnittes durch einen Diodenbereich eines RC-IGBT gemäß manchen Ausführungsformen;
    • 4 schematisch und exemplarisch einige Varianten, in einer betreffenden horizontalen Projektion, eines oder mehrerer Diodenbereiche(s) und eines oder mehrerer IGBT-Bereiche(s) eines RC-IGBT gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 5 schematisch und exemplarisch vertikale Querschnitte durch verschiedene Grabentypen, die Teil eines RC-IGBT gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen sein können;
    • 6-8 jeweils schematisch und exemplarisch einen Ausschnitt eines vertikalen Querschnitts durch einen RC-IGBT gemäß manchen Ausführungsformen;
    • 9-11 jeweils schematisch und exemplarisch einen Ausschnitt eines vertikalen Querschnitts und einen zugehörigen Ausschnitt einer horizontalen Projektion eines RC-IGBT gemäß manchen Ausführungsformen;
    • 12-13 beide schematisch und exemplarisch einen Ausschnitt eines vertikalen Querschnitts durch einen RC-IGBT gemäß manchen Ausführungsformen;
    • 14 schematisch und exemplarisch einen Ausschnitt eines vertikalen Querschnitts durch einige exemplarische Ausgestaltungen einer Rückseite eines RC-IGBT gemäß manchen Ausführungsformen;
    • 15 schematisch und exemplarisch einen Ausschnitt eines vertikalen Querschnitts durch einen RC-IGBT gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 16 schematisch und exemplarisch einen Ausschnitt eines vertikalen Querschnitts durch einige exemplarische Ausgestaltungen einer Rückseite eines RC-IGBT gemäß manchen Ausführungsformen;
    • 17 schematisch und exemplarisch einen Ausschnitt eines vertikalen Querschnitts durch einen RC-IGBT gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 18 schematisch und exemplarisch einen Ausschnitt eines vertikalen Querschnitts durch einige exemplarische Ausgestaltungen einer Rückseite eines RC-IGBT gemäß manchen Ausführungsformen; und
    • 19-21 jeweils schematisch und exemplarisch einen Ausschnitt eines vertikalen Querschnitts durch einen RC-IGBT gemäß manchen Ausführungsformen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen zur Veranschaulichung spezielle Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann.
  • Es können dabei Richtungsbezeichnungen wie „oben“, „unten“, „unterhalb“, „vorne“, „hinter“, „hinteres“, „führend“, „nachlaufend“ usw. unter Bezugnahme auf die Orientierung der beschriebenen Figuren verwendet werden. Da Teile von Ausführungsformen in etlichen verschiedenen Orientierungen positioniert werden können, werden die Richtungsbezeichnungen zu Zwecken der Veranschaulichung verwendet und sind in keiner Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und strukturelle oder logische Veränderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist daher nicht in einschränkendem Sinn zu verstehen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist durch die anliegenden Ansprüche definiert.
  • Es wird nun ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen Bezug genommen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den Figuren dargestellt sind. Die Beispiele sind jeweils zur Erläuterung gegeben und sollen keine Einschränkung der Erfindung bedeuten. Zum Beispiel können als Teil einer Ausführungsform dargestellte oder beschriebene Merkmale bei oder in Verbindung mit anderen Ausführungsformen verwendet werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu ergeben. Die vorliegende Erfindung soll solche Modifikationen und Variationen mit einschließen. Die Beispiele werden unter Verwendung bestimmter Formulierungen beschrieben, die nicht als Einschränkung des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche auszulegen sind. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich zu veranschaulichenden Zwecken. Der Übersicht halber wurden, sofern nicht anders angegeben, in den verschiedenen Zeichnungen die gleichen Elemente oder Herstellungsschritte mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
  • Der Begriff „horizontal“ soll, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, eine zu einer horizontalen Oberfläche eines Halbleitersubstrates oder einer Halbleiterstruktur im Wesentlichen parallele Orientierung beschreiben. Dies kann zum Beispiel die Oberfläche eines Halbleiterwafers oder eines Halbleiterplättchens sein. Zum Beispiel können sowohl die nachstehend genannte erste Lateralrichtung X als auch die nachstehend genannte zweite Lateralrichtung Y horizontale Richtungen sein, wobei die erste Lateralrichtung X und die zweite Lateralrichtung Y senkrecht zueinander sein können.
  • Der Begriff „vertikal“ soll, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, eine Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zur horizontalen Oberfläche angeordnet ist, d.h. parallel zur Normalenrichtung der Oberfläche des Halbleiterwafers/-chips/-plättchens. Zum Beispiel kann die nachstehend genannte Erstreckungsrichtung Z eine Erstreckungsrichtung sein, die sowohl zur ersten Lateralrichtung X als auch zur zweiten Lateralrichtung Y senkrecht ist. Die Erstreckungsrichtung Z wird hier auch als „Vertikalrichtung Z“ bezeichnet.
  • In dieser Beschreibung wird n-dotiert als „erster Leitfähigkeitstyp“ bezeichnet, während p-dotiert als „zweiter Leitfähigkeitstyp“ bezeichnet wird. Alternativ dazu können umgekehrte Dotierungsbeziehungen verwendet werden, so dass der erste Leitfähigkeitstyp p-dotiert und der zweite Leitfähigkeitstyp n-dotiert sein kann.
  • Im Kontext der vorliegenden Beschreibung sollen die Ausdrücke „in ohmschem Kontakt“, „in elektrischem Kontakt“, „in ohmscher Verbindung“ und „elektrisch verbunden“ beschreiben, dass eine niederohmige elektrische Verbindung oder ein niederohmiger Strompfad zwischen zwei Gebieten, Bereichen, Zonen, Abschnitten oder Teilen eines Halbleiterbauelementes oder zwischen verschiedenen Anschlüssen eines oder mehrerer Bauelemente oder zwischen einem Anschluss oder einer Metallisierung oder einer Elektrode und einem Abschnitt oder einem Teil eines Halbleiterbauelementes besteht. Ferner soll im Kontext der vorliegenden Beschreibung der Ausdruck „in Kontakt“ beschreiben, dass zwischen zwei Elementen des jeweiligen Halbleiterbauelementes eine direkte physikalische Verbindung besteht; z. B. umfasst ein Übergang zwischen zwei in Kontakt miteinander stehenden Elementen möglicherweise kein weiteres Zwischenelement oder dergleichen.
  • Außerdem wird im Kontext der vorliegenden Beschreibung der Begriff „elektrische Isolierung“, falls nicht anders angegeben, im Kontext seines allgemein gültigen Verständnisses verwendet und soll somit beschreiben, dass zwei oder mehr Komponenten separat voneinander positioniert sind und dass keine ohmsche Verbindung besteht, die diese Komponenten verbindet. Jedoch können elektrisch voneinander isolierte Komponenten trotzdem miteinander gekoppelt, beispielsweise mechanisch gekoppelt und/oder kapazitiv gekoppelt und/oder induktiv gekoppelt, sein. Um ein Beispiel zu geben, können zwei Elektroden eines Kondensators elektrisch voneinander isoliert und gleichzeitig mechanisch und kapazitiv miteinander gekoppelt sein, zum Beispiel mithilfe einer Isolierung, z. B. eines Dielektrikums.
  • Spezielle in dieser Beschreibung beschriebene Ausführungsformen betreffen, ohne darauf beschränkt zu sein, einen RC-IGBT, der eine Streifenzellenkonfiguration aufweist, z. B. einen RC-IGBT, der innerhalb eines Leistungswandlers oder einer Leistungsversorgung verwendet werden kann. So kann bei einer Ausführungsform ein solcher RC-IGBT dazu ausgelegt sein, einen Laststrom zu führen, der einer Last zugeführt werden soll, und/oder respektive von einer Leistungsquelle bereitgestellt wird. Zum Beispiel kann der RC-IGBT mehrere Leistungshalbleiterzellen, wie etwa monolithisch integrierte Diodenzellen, Abwandlungen einer monolithisch integrierten Diodenzelle, monolithisch integrierte IGBT-Zellen und/oder Abwandlungen davon umfassen. Solche Dioden-/Transistorzellen können in ein Leistungshalbleitermodul integriert sein. Mehrere solcher Zellen können ein Zellenfeld bilden, das mit einem aktiven Gebiet des RC-IGBT angeordnet ist.
  • Der Begriff „RC-IGBT“ soll, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, einen RC-IGBT auf einem einzelnen Chip mit der Fähigkeit zum Sperren einer hohen Spannung und/oder zum Führen eines hohen Stroms beschreiben. Mit anderen Worten, Ausführungsformen des hier beschriebenen RC-IGBT sind Einzelchip-RC-IGBTs, die für einen hohen Strom, typischerweise im Ampere-Bereich, z. B. bis zu mehreren Ampere oder bis zu mehreren Dutzend oder Hundert Ampere, und/oder hohe Spannungen, typischerweise von 100 V und darüber, z. B. bis zu zumindest 400 V oder noch mehr, z. B. bis zu zumindest 3 kV oder sogar bis zu 10 kV oder mehr ausgelegt sind.
  • Zum Beispiel kann der nachstehend beschriebene RC-IGBT ein Einzelchip-RC-IGBT sein, der eine Streifenzellenkonfiguration aufweist und für den Einsatz als Leistungskomponente in einer Anwendung mit niedriger, mittlerer und/oder hoher Spannung ausgelegt ist. Es können mehrere Einzelchip-RC-IGBTS in ein Modul integriert sein, um ein RC-IGBT-Modul auszubilden, z. B. ein RC-IGBT-Modul zum Einbau und zur Verwendung in einer Anwendung mit niedriger, mittlerer und/oder hoher Spannung, wie etwa in großen Haushaltsgeräten, einem Allzweckantrieb, einem Elektro-Antriebsstrang, Servoantrieben, Traktion, Einrichtungen für höhere Leistungsübertragung usw.
  • Zum Beispiel richtet sich der Begriff „RC-IGBT“, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, nicht auf ein Logikhalbleiterbauelement, das z. B. zum Speichern von Daten, Berechnen von Daten und/oder für andere Arten von halbleiterbasierter Datenverarbeitung verwendet wird.
  • 1 zeigt schematisch und exemplarisch in vereinfachter Form einen RC-IGBT 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Zur Beschreibung der Ausgestaltung des RC-IGBT 1 wird im Folgenden auch auf die 2-4 Bezug genommen.
  • Der RC-IGBT 1 umfasst ein aktives Gebiet 1-2 mit einem IGBT-Bereich 1-21, einem Diodenbereich 1-22, und einem Übergangsbereich 1-23 zwischen dem IGBT-Bereich 1-21 und dem Diodenbereich 1-22. Der IGBT-Bereich 1-21 und der Diodenbereich 1-22 grenzen aus entgegengesetzten Lateralrichtungen an den Übergangsbereich 1-23 an (z. B. der Diodenbereich 1-22 entlang der ersten Lateralrichtung X und der IGBT-Bereich 1-21 entgegen der ersten Lateralrichtung X). Wie in 4 gezeigt, kann der RC-IGBT 1 mehrere im Wesentlichen gleich ausgelegte IGBT-Bereiche 1-21, mehrere im Wesentlichen gleich ausgelegte Diodenbereiche 1-22 und mehrere im Wesentlichen gleich ausgelegte Übergangsbereiche 1-23 umfassen. Die verschiedenen Bereiche 1-21, 1-22 und 1-23 können lateral innerhalb des aktiven Gebiets 1-2 verteilt sein, wobei einige schematische Beispiele in 4 gezeigt sind. Zum Beispiel besteht das aktive Gebiet 1-2 aus diesen Bereichen 1-21, 1-22 und 1-23.
  • Gemäß einer Variante (A) von 4 ist ein mittig angeordneter IGBT-Bereich 1-21 vorhanden, wobei im aktiven Gebiet 1-2 zwei Übergangsbereiche 1-23 und zwei Diodenbereiche 1-22 links und rechts davon (in Bezug auf die erste Lateralrichtung X) angeordnet sind. Gemäß der Variante (B) von 4 ist ein mittig angeordneter Diodenbereich 1-22 vorhanden, wobei im aktiven Gebiet 1-2 zwei Übergangsbereiche 1-23 und zwei IGBT-Bereiche 1-21 links und rechts davon (in Bezug auf die erste Lateralrichtung X) angeordnet sind. Gemäß der Variante (C) von 4 sind im aktiven Gebiet 1-2 mehrere IGBT-Bereiche 1-21, mehrere Diodenbereiche 1-22 und mehrere Übergangsbereiche 1-23 bereitgestellt. Selbstverständlich können im aktiven Gebiet 1-2 mehr Bereiche 1-23, 1-22 und/oder 1-21 vorhanden sein als in 4 (C) dargestellt. Gemäß der Variante (D) von 4 ist ein mittig angeordneter Diodenbereich 1-22 mit einem rahmenartigen Übergangsbereich 1-23, der den Diodenbereich 1-22 umgibt, und ein IGBT-Bereich 1-21, der den Übergangsbereich 1-23 im aktiven Gebiet 1-2 umgibt, vorhanden.
  • Ungeachtet der gewählten lateral-räumlichen Verteilung der IGBT-Bereiche 1-21, Diodenbereiche 1-22 und entsprechenden Übergangsbereiche lässt sich sicherstellen dass, in Bezug auf ein Volumen des aktiven Gebiets 1-2, das Verhältnis zwischen dem/den IGBT-Bereich(en) 1-21 und dem/den Diodenbereich(en) 1-22 zumindest 1:1 oder respektive zumindest 2:1, d. h. größer oder gleich 2:1 ist. Das gewählte Verhältnis kann von der Anwendung abhängen, in welcher der RC-IGBT eingesetzt wird. Bei einer Ausführungsform können zumindest 50 % des Gesamtvolumens des aktiven Gebiets 1-2 zum Ausbilden des IGBT-Bereichs/der IGBT-Bereiche belegt sein, und die verbleibenden 50 % (oder ein geringerer Prozentsatz) des aktiven Gebiets 1-2) können zum Ausbilden des Diodenbereichs/der Diodenbereiche 1-22 und des Übergangsbereichs/der Übergangsbereiche 1-23 eingesetzt werden. Ungeachtet der gewählten lateral-räumlichen Verteilung der IGBT-Bereiche 1-21, Diodenbereiche 1-22 und entsprechenden Übergangsbereiche lässt sich sicherstellen, dass, in Bezug auf ein Volumen des aktiven Gebiets 1-2, das Verhältnis zwischen dem/den IGBT-Bereich(en) 1-21 und dem/den Diodenbereich(en) 1-22 sogar größer als 3:1 ist.
  • Im Folgenden wird auf „den“ Diodenbereich 1-22, „den“ IGBT-Bereich 1-21 und „den“ Übergangsbereich 1-23 Bezug genommen. Es versteht sich, dass die nachfolgenden Ausführungen in Bezug auf diese Bereiche 1-21, 1-22 und 1-23 für jeden Bereich 1-21, 1-22 oder respektive 1-23 gelten können, die im aktiven Gebiet 1-2 bereitgestellt sind. Zum Beispiel kann, falls mehrere IGBT-Bereiche 1-21 bereitgestellt sind, jeder IGBT-Bereich 1-21 gleich ausgelegt sein (wobei sich zum Beispiel die IGBT-Bereiche 1-21 in der gesamten Lateralerstreckung unterscheiden können oder identische gesamte Lateralerstreckungen aufweisen können). Entsprechend kann, falls mehrere Diodenbereiche 1-22 bereitgestellt sind, jeder Diodenbereich 1-22 gleich ausgelegt sein (wobei sich zum Beispiel die Diodenbereiche 1-22 in der gesamten Lateralerstreckung unterscheiden können oder identische gesamte Lateralerstreckungen aufweisen können). Entsprechend kann, falls mehrere Übergangsbereiche 1-23 bereitgestellt sind, jeder Übergangsbereich 1-23 gleich ausgelegt sein (wobei sich, zum Beispiel, die Übergangsbereiche 1-23 in der gesamten Lateralerstreckung unterscheiden können oder identische gesamte Lateralerstreckungen aufweisen können).
  • Das aktive Gebiet 1-2 ist von einem Randabschlussgebiet 1-3 umgeben. Folglich ist das Randabschlussgebiet 1-3 außerhalb des aktiven Gebiets 1-2 angeordnet. Das Randabschlussgebiet 1-3 ist lateral durch einen Rand 1-4 abgeschlossen. Der Rand 1-4 kann den Chiprand des RC-IGBT 1 ausbilden.
  • In der vorliegenden Verwendung ist den Begriffen „Randabschlussgebiet“ und „aktives Gebiet“ die jeweilige technische Bedeutung zugeordnet, die ihnen der Fachmann im Zusammenhang mit RC-IGBT typischerweise beimisst. Das heißt, das aktive Gebiet 1-2 ist primär zur Vorwärts- und Rückwärtslaststromleitung und zu Schaltzwecken ausgelegt, während das Randabschlussgebiet 1-3 primär Funktionen hinsichtlich zuverlässiger Blockierfähigkeiten, geeigneter Führung des elektrischen Feldes, manchmal auch Ladungsträgerableitungsfunktionen und/oder weiteren Funktionen bezüglich Schutz und geeignetem Abschluss des aktiven Gebiets 1-2 dient.
  • Die vorliegende Beschreibung richtet sich hauptsächlich auf das aktive Gebiet 1-2.
  • Bezugnehmend wiederum auf 1, weist ein Halbleiterkörper 10 des RC-IGBT 1 eine Vorderseite 110 und eine Rückseite 120 auf. Die Vorderseite 110 und die Rückseite 120 können den Halbleiterkörper 10 vertikal abschließen. Folglich ist eine Dicke d des Halbleiterkörpers 10 als die Distanz entlang einer Vertikalrichtung Z zwischen der Vorderseite 110 und der Rückseite 120 definiert. In den Lateralrichtungen kann der Halbleiterkörper 10 vom Rand 1-4 (vgl. 4) abgeschlossen sein. Ferner können sich sowohl die Vorderseite 110 als auch die Rückseite 120 lateral entlang sowohl der ersten Lateralrichtung X als auch der zweiten Lateralrichtung Y erstrecken. Zum Beispiel können sowohl die Vorderseite 110 als auch die Rückseite 120 eine jeweilige horizontale Oberfläche des Halbleiterkörpers 10 ausbilden. Die Dicke d des Halbleiterkörpers 10 kann die Distanz zwischen der Vorderseite 110 und der Rückseite 120 entlang der Vertikalrichtung Z im aktiven Gebiet 1-2 sein, z. B. an einer Mitte des aktiven Gebiets 1-2 gemessen.
  • Eine gesamte Lateralerstreckung TLE des Übergangsbereichs 1-23 beträgt zumindest 30 % der Halbleiterkörperdicke d. TLE kann auch größer als 30 % der Dicke d, z. B. größer als 0,5*d oder sogar größer als 0,7*d sein. Die Dicke d des Halbleiterkörpers 10 hängt von der gewünschten Sperrspannungsfähigkeit des RC-IGBT 1 ab. Die Dicke d kann zum Beispiel im Bereich von 40 µm bis 800 µm liegen. Ferner kann die gesamte Lateralerstreckung TLE des Übergangsbereichs 1-23 entlang der Vertikalerstreckung des Übergangsbereichs 1-23 entlang der Vertikalrichtung Z von der Vorderseite 110 zur Rückseite 120 im Wesentlichen konstant sein.
  • Bei einer Ausführungsform beträgt eine gesamte Lateralerstreckung TLE1 des IGBT-Bereichs 1-21 zumindest 50 % der Halbleiterkörperdicke d. TLE1 kann auch größer als 50 % der Dicke d, z. B. größer als 2*d oder sogar größer als 2,5*d oder sogar größer als 4*d sein.
  • Bei einer Ausführungsform beträgt eine gesamte Lateralerstreckung TLE2 des Diodenbereichs 1-22 zumindest 20% der Halbleiterkörperdicke d. TLE2 kann auch größer als 30 % der Dicke d, z. B. größer als 0,5*d oder sogar größer als d sein.
  • Ein erster Lastanschluss 11 befindet sich an der Halbleiterkörpervorderseite 110 und ein zweiter Lastanschluss 12 befindet sich an der Halbleiterkörperrückseite 120. Der IGBT-Bereich 1-21 ist zum Leiten eines Vorwärtslaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12 ausgelegt, z. B. falls das elektrische Potenzial am zweiten Lastanschluss 12 größer als das elektrische Potenzial am ersten Lastanschluss 11 ist. Der Diodenbereich 1-22 ist zum Leiten eines Rückwärtslaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12 ausgelegt, z. B. falls das elektrische Potenzial am zweiten Lastanschluss 12 niedriger als das elektrische Potenzial am ersten Lastanschluss 11 ist.
  • Folglich ist bei einer Ausführungsform der Diodenbereich 1-22, der den Rückwärtslaststrom leitet, räumlich vom IGBT-Bereich 1-21, der den Vorwärtslaststrom leitet, separiert. Ferner ist bei einer Ausführungsform der Diodenbereich 1-22 von einem Steuersignal (z. B. dem zum Steuern der nachstehend genannten Elektroden 141 bereitgestellten Steuersignal) unabhängig. Dies bedeutet, dass der Diodenbereich 1-22 so ausgelegt sein kann, dass er den Rückwärtslaststrom leitet sobald das elektrische Potenzial (der typischen Polarität) am zweiten Lastanschluss 12 (um zumindest die interne Schwellenspannung des Diodenbereichs) niedriger ist als das elektrische Potenzial am ersten Lastanschluss 11, ungeachtet des an den IGBT-Bereich 1-21 bereitgestellten Steuersignals.
  • Der RC-IGBT 1 umfasst ferner einen Steueranschluss 13 zum Steuern des Vorwärtslaststroms. Der Steueranschluss 13 kann auch an der Vorderseite 110 angeordnet sein.
  • Gemäß der typischerweise mit RC-IGBTs assoziierten Terminologie kann der Steueranschluss 13 ein Gateanschluss sein, der erste Lastanschluss 11 kann ein Emitter-(Source-)Anschluss sein und der zweite Lastanschluss 12 kann ein Kollektor-(Drain-)Anschluss sein.
  • Z. B. umfasst der erste Lastanschluss 11 eine Vorderseitenmetallisierung und/oder der zweite Lastanschluss 12 umfasst eine Rückseitenmetallisierung. Zum Beispiel ist der erste Lastanschluss 11 ein Emitteranschluss und der zweite Lastanschluss 12 ist ein Kollektoranschluss. An der Vorderseite 110 kann der Halbleiterkörper 10 mit der Vorderseitenmetallisierung ankoppeln. An der Rückseite 120 kann der Halbleiterkörper 10 mit der Rückseitenmetallisierung ankoppeln.
  • Bei einer Ausführungsform überlappt der erste Lastanschluss 11 (z. B. die Vorderseitenmetallisierung) lateral, das heißt entlang der ersten Lateralrichtung X und/oder der zweiten Lateralrichtung Y und/oder Kombinationen davon, mit dem aktiven Gebiet 1-2. Es sei darauf hingewiesen, dass der erste Lastanschluss 11 lateral strukturiert sein kann, z. B. um lokale Kontakte mit dem Halbleiterkörper 10 an der Vorderseite 110 einzurichten. Wie z. B. in 2 und 3 exemplarisch dargestellt, können die lokalen Kontakte mit Hilfe von Kontaktstöpseln 111 eingerichtet werden, die eine Isolationsstruktur 13 durchdringen, um Mesa-Abschnitte 17 zu kontaktieren.
  • Analog dazu überlappt bei einer Ausführungsform der zweite Lastanschluss 12 (z. B. die Rückseitenmetallisierung) lateral, das heißt entlang der ersten Lateralrichtung X und/oder der zweiten Lateralrichtung Y und/oder Kombinationen davon, mit dem aktiven Gebiet 1-2. Es sei darauf hingewiesen, dass der zweite Lastanschluss 12 typischerweise nicht strukturiert sondern homogen und monolithisch an der Halbleiterkörperrückseite 120 ausgebildet wird, z. B. um einen lateral homogenen Kontakt (d. h. eine durchgehende Kontaktfläche) mit dem Halbleiterkörper 10 an der Rückseite 120 einzurichten. Solch eine homogene Struktur kann auch in Gebieten realisiert werden, in denen der zweite Lastanschluss 12 lateral mit dem Randabschlussgebiet 1-3 überlappt.
  • Zum Beispiel ist die laterale Begrenzung des aktiven Gebiets 1-2 durch die laterale Begrenzung der äußersten Leistungszelle(n) des Diodenbereichs/der Diodenbereiche 1-23 und/oder des IGBT-Bereichs/der IGBT-Bereiche 1-21 definiert. Folglich kann die laterale Begrenzung des aktiven Gebiets 1-2 an der Vorderseite 110 definiert sein. Diese laterale Begrenzung kann durch ein äußerstes Sourcegebiet(e) 101 (vgl. nachstehende ausführlichere Erläuterung) definiert sein. Zum Beispiel sind alle Funktionselemente zum Ermöglichen des Leitens des Vorwärtslaststroms und des Rückwärtslaststroms in einer vertikalen Projektion des aktiven Gebiets 1-2 des RC-IGBTs 1 vorhanden, z. B. einschließlich zumindest des ersten Lastanschlusses 11 (z. B. einem Vorderseitenmetallkontakt desselben, z. B. einem oder mehr der Kontaktstopfen 111), einem Sourcegebiet/Sourcegebieten 101, einem Bodygebiet 102, einem Driftgebiet 100, einem IGBT-Emittergebiet 103, einem Dioden-Kathodengebiet 104 und dem zweiten Lastanschluss 12 (z. B. ein Rückseitenmetall desselben), wie nachstehend ausführlicher ausgeführt wird.
  • Bei einer Ausführungsform können das Randabschlussgebiet 1-3 und das aktive Gebiet 1-2 im Wesentlichen symmetrisch zueinander angeordnet sein, z. B. in Bezug auf eine mittige Vertikalachse des RC-IGBT 1.
  • Ferner kann, gemäß einer Ausführungsform, der laterale Übergang zwischen dem aktiven Gebiet 1-2 und dem Randabschlussgebiet 1-3 ausschließlich entlang der Vertikalrichtung Z verlaufen. Wie oben ausgeführt, kann die laterale Begrenzung des aktiven Gebiets 1-2 an der Vorderseite 110 definiert sein, und eine vertikale Projektion entlang der Vertikalrichtung Z einer solcherart definierten lateralen Begrenzung ist folglich an der Rückseite 120 zu sehen, wobei der zweite Lastanschluss 12 an der Rückseite 120 z. B. lateral unstrukturiert aber homogen ausgebildet ist.
  • Bezugnehmend nunmehr auch auf 5 und 6, sind mehrere Gräben 14, 15, 16 jeweils im IGBT-Bereich 1-21, im Diodenbereich 1-22 und im Übergangsbereich 1-23 angeordnet, wobei sich jeder Graben 14, 15, 16 von der Vorderseite 110 entlang der Vertikalrichtung Z in den Halbleiterkörper 10 erstreckt und eine durch einen betreffenden Grabenisolator 142, 152, 162 vom Halbleiterkörper 10 isolierte betreffende Grabenelektrode 141, 151, 161 umfasst, wobei zwei benachbarte Gräben einen betreffenden Mesa-Abschnitt 17 im Halbleiterkörper 10 definieren.
  • Die Gräben 14, 15, 16 können jeweils eine Streifenkonfiguration aufweisen, wie es z. B. am besten in einer der horizontalen Projektionen, z. B. in 9 (B), gezeigt ist, was bedeutet, dass die betreffende Grabenlänge (z. B. entlang der zweiten Lateralrichtung Y) viel größer als die betreffende Grabenbreite (z. B. entlang der ersten Lateralrichtung X) ist.
  • Wie weiter unten noch ausgeführt wird, können in den Bereichen 1-21, 1-22 und 1-23 verschiedene Grabentypen bereitgestellt sein. Ein erster Grabentyp kann der Steuergraben 14 sein, dessen Grabenelektrode 141 elektrisch mit dem Steueranschluss 13 verbunden ist und folglich als Steuerelektrode 141 bezeichnet wird. Ein zweiter Grabentyp kann der Source-Graben 16 sein, dessen Grabenelektrode 161 elektrisch mit dem ersten Lastanschluss 11 verbunden ist und folglich als Source-Elektrode 161 bezeichnet wird. Ein dritter Grabentyp kann ein weiterer Graben 15 sein, dessen Grabenelektrode 151 weder mit dem ersten Lastanschluss 11 noch mit dem Steueranschluss 13 elektrisch verbunden ist. Z. B. ist bei einer Ausführungsform der Graben 15 ein floatender Graben und die Grabenelektrode 151 ist mit keinem definierten elektrischen Potenzial verbunden, sondern elektrisch floatend. Z. B. ist bei einer anderen Ausführungsform der Graben 15 ein Blindgraben und die Grabenelektrode 151 ist elektrisch mit dem Steueranschluss 13 verbunden, steuert aber nicht direkt die Leitung des Vorwärtslaststroms, da kein elektrisch verbundenes Sourcegebiet 101 (mit dem ersten Lastanschluss verbunden) an den Graben 15 angrenzend angeordnet ist. Bei noch einer anderen Ausführungsform ist die Grabenelektrode 151 mit einem elektrischen Potenzial verbunden, das vom elektrischen Potenzial des Steueranschlusses 13 verschieden ist und vom elektrischen Potenzial des ersten Lastanschlusses 11 verschieden ist.
  • Jeder Grabentyp kann breitenmäßig (entlang der ersten Lateralrichtung X) und tiefenmäßig (entlang der Vertikalrichtung Z, z. B. Distanz zwischen Vorderseite 110 bis zum Grabenboden ) und/oder längenmäßig (entlang der zweiten Lateralrichtung Y) die gleichen Maße aufweisen.
  • Der IGBT-Bereich 1-21 kann mehrere IGBT-Zellen umfassen, wobei jede IGBT-Zelle ein bestimmtes Grabenmuster aufweist, d. h. eine laterale Folge von Gräben spezieller Typen, z. B. einen oder mehr Steuergräben 14, null oder mehr Source-Gräben 16 und null oder mehr andere Gräben 15. Analog dazu kann der Diodenbereich 1-22 mehrere Diodenzellen umfassen, wobei jede Diodenzelle ein bestimmtes Grabenmuster aufweist, d. h. eine laterale Folge von Gräben spezieller Typen, z. B. einen oder mehr Source-Gräben 16, null oder mehr andere Gräben 15 und null oder mehr Steuergräben 14.
  • Wie oben angegeben sind die Gräben 14, 15, 16 jeweils mit dem Diodenbereich 1-22, dem IGBT-Bereich 1-21 und dem Übergangsbereich 1-23 angeordnet. Bei einer Ausführungsform sind die Gräben 14, 15, 16 in jedem des IGBT-Bereichs 1-21, des Diodenbereichs 1-22 und des Übergangsbereichs 1-23 gemäß derselben lateralen Grabenteilung lateral nebeneinander angeordnet; d. h. die laterale Grabenteilung (das heißt, die Distanz zwischen zwei benachbarten Gräben) verändert sich nicht zwischen den Bereichen 1-21, 1-22 und 1-23. Die laterale Grabenteilung kann eine laterale Distanz zwischen zwei benachbarten Gräben von nicht mehr als 1/30 der Halbleiterkörperdicke d definieren. Mit anderen Worten, die lateralen Breiten der Mesa-Abschnitte 17 in jedem des Diodenbereichs 1-22, des IGBT-Bereichs 1-21 und des Übergangsbereichs 1-23 können miteinander identisch sein.
  • Auch können die Gräben 14, 15, 16 jeweils die gleiche Grabentiefe (gesamte Vertikalerstreckung) aufweisen. Zum Beispiel kann die laterale Grabenteilung eine laterale Distanz zwischen zwei benachbarten Gräben von nicht mehr als 50 % oder nicht mehr als 30 % der Grabentiefe definieren.
  • Bei einer Ausführungsform kann die laterale Grabenteilung eine laterale Distanz zwischen zwei benachbarten Gräben von nicht mehr als 10 µm oder nicht mehr als 5 µm oder nicht mehr als 1 µm definieren. Zum Beispiel sind benachbarte Gräben folglich lateral um nicht mehr als 1 µm voneinander verschoben.
  • Folglich liegt die Breite jedes Mesa-Abschnitts 17 innerhalb des durch die laterale Grabenteilung definierten Bereichs.
  • Bezugnehmend nunmehr zusätzlich auf 6, ist im IGBT-Bereich 1-21 die mittlere Dichte von elektrisch mit dem Steueranschluss 13 verbundenen Grabenelektroden 141, d. h. die mittlere Dichte von Steuerelektroden 141, zumindest doppelt so groß wie die mittlere Dichte von (mit dem Steueranschluss 13 verbundenen) Steuerelektroden 141 im Übergangsbereich 1-23. Die Differenz der Steuerelektrodendichte kann noch größer sein als ein Faktor von zwei, z. B. größer als ein Faktor von drei oder vier. Es ist sogar möglich, dass keine Grabenelektroden 141 im Übergangsbereich 1-23 bereitgestellt sind, sondern nur Source-Gräben 16 und/oder andere Gräben 15 in der Ausführungsform von floatenden Gräben mit floatenden Graben-Elektroden 151.
  • Wie oben ausgeführt, kann die laterale Grabenteilung für alle Bereiche 1-21, 1-22 und 1-23 identisch sein. Dies bedeutet, dass die mittlere Dichte von Grabenelektroden auch für alle Bereiche 1-21, 1-22 und 1-23 gleich sein kann. Jedoch kann, wie oben angegeben, das Grabenmuster, z. B. die Anordnung der verschiedenen Grabentypen zwischen den Bereichen 1-21, 1-22 und 1-23 variieren. Eine Variation besteht darin, dass die Dichte von Steuerelektroden 141 im IGBT-Bereich 1-21 zumindest doppelt so hoch ist wie die Dichte von Steuerelektroden 141 im Übergangsbereich 1-23 (die sogar null betragen kann).
  • In der vorliegenden Verwendung bezieht sich der Begriff „Dichte“ auf die Anzahl von Steuerelektroden 141 (oder auch mit dem Steueranschluss 13 verbundenen Blindelektroden 151) geteilt durch die Gesamtzahl von im betreffenden Bereich 1-21, 1-22 oder respektive 1-23 vorhandenen Grabenelektroden.
  • Bei einem veranschaulichenden Beispiel beträgt die Gesamtzahl von Grabenelektroden im IGBT-Bereich 1-21 120, und 40 Grabenelektroden sind Steuerelektroden 141, was eine Steuerelektrodendichte von 30 % ergibt. Z. B. beträgt die Gesamtzahl von Grabenelektroden im Übergangsbereich 1-23 30, und 3 Grabenelektroden sind Steuerelektroden 141, was eine Steuerelektrodendichte von 10% ergibt.
  • Folglich sind, bei einer Ausführungsform, die sich in den Übergangsbereich 1-23 erstreckenden Gräben 15, 16 jeweils entweder elektrisch floatend oder elektrisch mit einem Potenzial verbunden, das vom elektrischen Potenzial des Steueranschlusses 13 verschieden ist, was entsprechend eine Steuergrabendichte von 0 % ergibt. Bei einer anderen Ausführungsform sind jeder von zumindest 80 % der sich in die Übergangsbereiche 1-23 erstreckenden Gräben 14, 15, 16 entweder elektrisch floatend oder elektrisch mit einem Potenzial verbunden, das vom elektrischen Potenzial des Steueranschlusses 13 verschieden ist, und wobei zumindest einer der verbleibenden 20% der sich in die Übergangsbereiche 1-23 erstreckenden Gräben 14 elektrisch mit dem Steueranschluss 13 verbunden ist, um zumindest eine lokale IGBT-Zelle im Übergangsbereich 1-23 auszubilden. Dieser Aspekt wird weiter unten ausführlicher beschrieben.
  • Zurückkehrend zu 2, 3 und 6, umfasst der RC-IGBT 1 ferner ein im Halbleiterkörper 10 ausgebildetes und sich jeweils in den IGBT-Bereich 1-21, den Diodenbereich 1-22 und den Übergangsbereich 1-23 erstreckendes Drift-Gebiet 100 des ersten Leitfähigkeitstyps.
  • Ein Bodygebiet 102 des zweiten Leitfähigkeitstyps ist in den Mesa-Abschnitten 17 des Halbleiterkörpers 10 ausgebildet und erstreckt sich jeweils in den IGBT-Bereich 1-21, den Diodenbereich 1-22 und den Übergangsbereich 1-23. Zumindest Abschnitte des Bodygebiets 102 sind elektrisch mit dem ersten Lastanschluss 11 verbunden. Das Bodygebiet 102 bildet pn-Übergänge mit Teilbereichen der Mesa-Abschnitte 17 des ersten Leitfähigkeitstyps zumindest im Übergangsbereich 1-23 aus. Z. B. ist, wie nachstehend beschrieben wird und in den Zeichnungen (z. B. 6) dargestellt ist, nicht in jedem Mesa-Abschnitt 17 der betreffende Abschnitt des Bodygebiets 102 elektrisch mit dem ersten Lastanschluss 11 verbunden.
  • Sourcegebiete 101 des ersten Leitfähigkeitstyps sind auch an der Vorderseite 110 angeordnet und elektrisch mit dem ersten Lastanschluss 11 verbunden. Die Sourcegebiete 101 sind z. B. nur lokal im IGBT-Bereich 1-21 bereitgestellt und erstrecken sich zum Beispiel nicht in den Diodenbereich 1-22. Jedoch können gemäß manchen Ausführungsformen einige Sourcegebiete 101 auch lokal im Übergangsbereich 1-23 bereitgestellt sein. Bei anderen Ausführungsformen sind Sourcegebiete weder im Diodenbereich 1-22 noch im Übergangsbereich 1-23 vorhanden.
  • Das Bodygebiet 102 kann in elektrischem Kontakt mit dem ersten Lastanschluss 11, z. B. mithilfe der Kontaktstöpsel 111 angeordnet sein. In jeder IGBT-Zelle des IGBT-Bereichs 1-21 kann ferner zumindest ein Sourcegebiet 101 des ersten Leitfähigkeitstyps in elektrischem Kontakt mit dem ersten Lastanschluss 11, z. B. ebenfalls mithilfe der Kontaktstöpsel 111, bereitgestellt sein. Ein Großteil des Halbleiterkörpers 10 ist als Driftgebiet 100 des ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet, das an das Bodygebiet 102 ankoppeln und einen pn-Übergang mit diesem ausbilden kann. Das Bodygebiet 102 isoliert die Sourcegebiete 101 vom Driftgebiet 100.
  • Bei Empfang eines entsprechenden Steuersignals, z. B. von einer nicht dargestellten Gatetreibereinheit bereitgestellt, kann jede Steuerelektrode 141 einen Inversionskanal in einem der jeweiligen Steuerelektrode 141 benachbarten Bereich des Bodygebiets 102 induzieren. Somit kann die Anzahl von IGBT-Zellen jeweils zum Leiten zumindest eines Teils des Vorwärtslaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss ausgelegt sein.
  • Die oben beschriebene grundlegende Ausgestaltung der IGBT-Zellen im IGBT-Bereich 1-21 des RC-IGBT 1 als solche ist dem Fachmann bekannt und die vorliegende Beschreibung verwendet den Begriff „IGBT-Zelle“ im Umfang der technischen Bedeutung, die ihr der Fachmann typischerweise beimisst.
  • Bei einer Ausführungsform erstreckt sich das Driftgebiet 100 entlang der Vertikalrichtung Z, bis es an eine Feldstoppschicht 108 ankoppelt, wobei die Feldstoppschicht 108 ebenfalls vom ersten Leitfähigkeitstyp ist, verglichen mit dem Driftgebiet 100 aber eine höhere Dotierstoffdosis aufweist. Die Feldstoppschicht 108 ist typischerweise von wesentlich kleinerer Dicke als das Driftgebiet 100.
  • Das Driftgebiet 100 oder, sofern vorhanden, die Feldstoppschicht 108, erstreckt sich entlang der Vertikalrichtung Z bis es bzw. sie entweder an ein IGBT-Emittergebiet 103 des IGBT-Bereichs 1-21, ein Dioden-Kathodengebiet 104 des Diodenbereichs 1-22 oder ein dotiertes Gebiet 109 des Übergangsbereichs 1-23 (vgl. 14) ankoppelt.
  • Das Dioden-Kathodengebiet 104 ist vom ersten Leitfähigkeitstyp und elektrisch mit dem zweiten Lastanschluss 12 verbunden und mit dem Driftgebiet 100 gekoppelt, z. B. mithilfe der Feldstoppschicht 108.
  • Das IGBT-Emittergebiet 103 ist vom zweiten Leitfähigkeitstyp und elektrisch mit dem zweiten Lastanschluss 12 verbunden und mit dem Driftgebiet 100 gekoppelt, z. B. mithilfe der Feldstoppschicht 108.
  • Das IGBT-Emittergebiet 103 des IGBT-Bereichs 1-21, das Dioden-Kathodengebiet 104 des Diodenbereichs 1-22 und das dotierte Gebiet 109 des Übergangsbereichs 1-23 können jeweils in elektrischem Kontakt mit dem zweiten Lastanschluss 12 angeordnet sein.
  • Weitere optionale Aspekte des IGBT-Emittergebiets 103 des IGBT-Bereichs 1-21, des Dioden-Kathodengebiets 104 des Diodenbereichs 1-22 und des dotierten Gebiets 109 des Übergangsbereichs 1-23 werden weiter unten beschrieben.
  • Insgesamt kann das IGBT-Emittergebiet 103 als Emitter des zweiten Leitfähigkeitstyps wirken. Ferner umfasst, obgleich das Bauelement als RC-IGBT 1 realisiert ist, das IGBT-Emittergebiet 103 bei manchen Ausführungsformen keinen Bereich des ersten Leitfähigkeitstyps, der eine ziemlich hohe Dotierstoffkonzentration von typischerweise im Bereich von 1016 cm-3 bis 1020 cm-3 aufweist; vielmehr ist das Dioden-Kathodengebiet 104 gemäß manchen Ausführungsformen ausschließlich im Diodenbereich 1-22 ausgebildet
  • Bei einer Ausführungsform kann die Dotierstoffkonzentration des Driftgebiets 100 im Bereich von 1012 cm-3 bis 1014 cm-3 liegen.
  • Bei einer Ausführungsform kann die Dotierstoffkonzentration der Sourcegebiete 101 jeweils im Bereich von 1019 cm-3 bis 1021 cm-3 liegen.
  • Bei einer Ausführungsform kann die Dotierstoffkonzentration der Bodygebiete 102 jeweils im Bereich von 1016 cm-3 bis 1018 cm-3 liegen.
  • Bei einer Ausführungsform kann die Dotierstoffkonzentration der Feldstoppschicht 108 im Bereich von 1014 cm-3 bis 3*1016 cm-3 liegen.
  • Bei einer Ausführungsform kann die Dotierstoffkonzentration des IGBT-Emittergebiets 103 im Bereich von 1016 cm-3 bis 1018 cm-3 liegen. Jedoch kann bei einer Ausführungsform die Dotierstoffkonzentration entlang der Lateralerstreckung des IGBT-Emittergebiets 103 variieren.
  • Bei einer Ausführungsform kann die Dotierstoffkonzentration des Dioden-Kathodengebiets 104 im Bereich von 1019 cm-3 bis 1021 cm-3 liegen. Jedoch kann bei einer Ausführungsform die Dotierstoffkonzentration entlang der Lateralerstreckung des Dioden-Kathodengebiets 104 variieren (und sogar ihre Polarität ändern).
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die in 2-3 dargestellten Grabenmuster nur exemplarisch sind; andere Grabenmuster werden mit Bezug auf 6-21 beschrieben.
  • Bei einer Ausführungsform ist der Diodenbereich 1-22 nicht mit Sourcegebieten 101 ausgestattet; z. B. ist im Diodenbereich 1-22 kein dotiertes Halbleitergebiet des ersten Leitfähigkeitstyps elektrisch mit dem ersten Lastanschluss verbunden. Vielmehr ist zum Ausbilden der Diodenkonfiguration im Diodenbereich 1-22 zum Leiten des Rückwärtslaststroms nur das Bodygebiet 102 elektrisch mit dem ersten Lastanschluss 11 verbunden, wobei das Bodygebiet 102 einen pn-Übergang mit z. B. dem Driftgebiet 100 (oder, sofern vorhanden, dem weiteren Sperrgebiet 105) ausbildet, und entlang der Vertikalrichtung Z zum zweiten Lastanschluss 12 hin liegt ein Halbleiterpfad nur des ersten Leitfähigkeitstyps vor, der nicht durch weitere Gebiete des zweiten Leitfähigkeitstyps unterbrochen ist.
  • Wie oben ausgeführt, umfasst gemäß einer Ausführungsform der IGBT-Bereich 1-21 im Gegensatz zum Diodenbereich 1-22 zumindest eine IGBT-Zelle mit einem mit dem ersten Lastanschluss 11 verbundenen und einem der Steuergräben 14 benachbart angeordneten und durch das Bodygebiet 102 vom Driftgebiet 100 (oder, sofern vorhanden, von der noch weiteren Sperrschicht 106) isolierten Teil des Sourcegebiets 101. Zum Beispiel ist die laterale Begrenzung des IGBT-Bereichs 1-21 durch die laterale Begrenzung der äußersten IGBT-Zelle(n) definiert. Folglich kann die laterale Begrenzung des IGBT-Bereichs 1-21 an der Vorderseite 110 definiert sein. Diese laterale Begrenzung kann durch (ein) äußerstes Source-Gebiet(e) 101 definiert sein. Zum Beispiel sind alle Funktionselemente zum Ermöglichen des Leitens des Vorwärtslaststroms in einer vertikalen Projektion des IGBT-Gebiets 1-21 des RC-IGBTs 1 vorhanden, z. B. einschließlich zumindest des ersten Lastanschlusses 11 (z. B. einem Vorderseitenmetallkontakt desselben, z. B. einem oder mehr der Kontaktstopfen 111), dem/den Sourcegebiet(en) 101, dem Bodygebiet 102, dem Driftgebiet 100, dem IGBT-Emittergebiet 103 und dem zweiten Lastanschluss 12 (z. B. einem Rückseitenmetall desselben). Weiterhin können sich diese Funktionselemente entlang der gesamten Lateralerstreckung TLE1 des IGBT-Bereichs 1-21 erstrecken.
  • Ausführlicher bezugnehmend nunmehr auf 6, ist zumindest im Übergangsbereich 1-23 ein Sperrgebiet 107 der ersten Leitfähigkeit, das eine Spitzen-Dotierstoffkonzentration von zumindest 100-mal größer als eine mittlere Dotierstoffkonzentration des Driftgebiets 100 aufweist, zumindest in Abschnitten der Mesa-Teilabschnitte angeordnet, die an Bodygebiete 102 ankoppeln. Die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im Übergangsbereich 1-23 ist um zumindest einen Faktor 1,2 höher als die mittlere Dotierstoffdosis von Mesa-Teilabschnitten im Diodenbereich 1-22.
  • Es sei hier darauf hingewiesen, dass die im vorstehenden Abschnitt genannten Dotierstoffdosen beide mit der Dotierstoffkonzentration von Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps zusammenhängen; z. B. kann, wie in Bezug auf 21 ausführlicher erläutert wird, das Bodygebiet 102 sich im Diodenbereich 1-22 sogar unter die Grabenböden erstrecken, so dass einige oder alle der Mesa-Abschnitte 17 im Diodenbereich 1-22 vom zweiten Leitfähigkeitstyp sind (dort eine mit der Dotierstoffkonzentration von Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps zusammenhängende mittlere Dotierstoffdosis von im Wesentlichen null ergeben).
  • Die Spitzen-Dotierstoffkonzentration des Sperrgebiets 107 kann zumindest 1*1015 cm-3, zumindest 2* 1016 cm-3 oder sogar mehr als 5* 1017 cm-3 betragen.
  • Wie oben angegeben, kann die mittlere Dotierstoffkonzentration des Driftgebiets 100 im Bereich von 1*1012cm-3 bis 1*1014cm-3 liegen. Zum Beispiel wird die mittlere Dotierstoffkonzentration des Driftgebiets 100 in einem Bereich des Driftgebiets 100 unterhalb der Grabenböden bestimmt.
  • Die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im Übergangsbereich 1-23 kann zumindest 1*1012cm-2, zumindest 5*1012cm-2 oder noch mehr als 2*1013cm-2 betragen. Wie ausgeführt, kann diese mittlere Dotierstoffdosis dadurch erzielt werden, dass sich das Sperrgebiet 107 in diese Mesa-Teilabschnitte im Übergangsbereich 1-23 erstreckt.
  • Die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im Diodenbereich 1-22 kann im Bereich von 5*1011cm-2 bis 2*1013cm-2 liegen, z. B. 4*1013cm-2 betragen. Wie noch ausgeführt wird, kann diese mittlere Dotierstoffdosis dadurch erzielt werden, dass sich das weitere Sperrgebiet 105 und/oder das Driftgebiet in diese Mesa-Teilabschnitte im Diodenbereich 1-22 erstreckt.
  • Die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im IGBT-Bereich 1-21 kann im Bereich von 5*1011cm-2 bis 2*1013cm-2 liegen, z. B. 4*1013cm-2 betragen. Wie noch ausgeführt wird, kann diese mittlere Dotierstoffdosis dadurch erzielt werden, dass sich das noch weitere Sperrgebiet 106 und/oder das Driftgebiet in diese Mesa-Teilabschnitte im IGBT-Bereich 1-21 erstreckt.
  • Folglich ist die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im Übergangsbereich 1-23 um zumindest einen Faktor 1,2 höher als die mittlere Dotierstoffdosis von Mesa-Teilabschnitten im Diodenbereich 1-22. Die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im Übergangsbereich 1-23 kann noch höher sein, um zumindest einen Faktor 1,5 oder zumindest zwei, als die mittlere Dotierstoffdosis von Mesa-Teilabschnitten im Diodenbereich 1-22. Gleichzeitig kann, optional, die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im IGBT-Bereich 1-21 um zumindest einen Faktor 1,2 niedriger sein als die mittlere Dotierstoffdosis von Mesa-Teilabschnitten im Übergangsbereich 1-23. Die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im IGBT-Bereich 1-21 kann noch niedriger sein, um zumindest einen Faktor 1,5 oder zumindest 2, als die mittlere Dotierstoffdosis von Mesa-Teilabschnitten im Übergangsbereich 1-23.
  • Die genannten Mesa-Teilabschnitte in den Mesa-Abschnitten 17 der Bereiche 1-21, 1-22 und 1-23 können folglich dadurch ausgebildet werden, dass sich entweder das Driftgebiet 100 in die Mesa-Abschnitte 17 erstreckt oder, zusätzlich oder alternativ dazu, dass sich das Sperrgebiet 107 in die Mesa-Abschnitte 17 des Übergangsbereichs 1-23 erstreckt, oder respektive, wie nachstehend ausführlicher ausgeführt wird, dadurch, dass sich das weitere Sperrgebiet 105 in die Mesa-Abschnitte 17 des Diodenbereichs 1-22 erstreckt, oder respektive, wie nachstehend ausführlicher ausgeführt wird, dass sich das noch weitere Sperrgebiet 106 in die Mesa-Abschnitte 17 des IGBT-Bereichs 1-21 erstreckt.
  • Somit kann, in Bezug auf Dotierstoffe des ersten Leitfähigkeitstyps, in einer Ausführungsform die mittlere Dotierstoffdosis der einen pn-Übergang mit dem Bodygebiet 102 ausbildenden Mesa-Teilabschnitte innerhalb des Übergangsbereichs 1-23 am höchsten sein, verglichen mit den entsprechenden Mesa-Teilabschnitten des IGBT-Bereichs 1-21 und des Diodenbereichs 1-22. Gleichzeitig ist die Dichte der im IGBT-Bereich 1-21 vorhandenen Steuerelektroden 141 höher als die Dichte der im Übergangsbereich 1-23 vorhandenen Steuerelektroden 141 (die sogar bei null liegen kann).
  • Zum Beispiel ist jede der Dotierstoffdosen, auf die hier Bezug genommen wird, durch die entlang der Vertikalrichtung Z (die vom ersten Lastanschluss 11 zum zweiten Lastanschluss 12 weist) integrierte Dotierstoffkonzentration definiert.
  • Ferner können die mittleren Dotierstoffdosen, auf welche hier Bezug genommen wird, als die entlang einer Distanz von wenigstens 5 µm oder einer Distanz von wenigstens 10 µm in wenigstens eine der Lateralrichtungen X/Y senkrecht zur Vertikalrichtung Z gemittelte Dotierstoffdosis definiert sein. Die jeweilige mittlere Dotierstoffdosis kann sogar durch die entlang der gesamten Lateralerstreckung des betreffenden Gebiets oder respektive Volumens in die Lateralrichtung X/Y gemittelte Dotierstoffdosis definiert sein. Zum Beispiel wird zu Vergleichszwecken die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im Übergangsbereich 1-23 auf dem gleichen Vertikalniveau und entlang der gleichen lateralen Distanz bestimmt wie die mittlere Dotierstoffdosis von Mesa-Teilabschnitten im Diodenbereich 1-22.
  • Zum Beispiel wird die Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im Übergangsbereich 1-23 durch Integrieren der Dotierstoffkonzentration im betreffenden Mesa-Teilabschnitt vom pn-Übergang am Bodygebiet 102 bis zum Niveau der Grabenböden bestimmt. Entsprechend wird in einem Beispiel die Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im Diodenbereich 1-22 durch Integrieren der Dotierstoffkonzentration in den betreffenden Mesa-Teilabschnitt vom pn-Übergang am Bodygebiet 102 bis zum Niveau der Grabenböden im Diodenbereich 1-22 bestimmt. Ferner ist in diesem Beispiel die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im Übergangsbereich 1-23 die mittlere Dotierstoffdosis entlang der gesamten Lateralerstreckung TLE des Übergangsbereichs 1-23 in der ersten Lateralrichtung X, und die mittlere Dotierstoffdosis von Mesa-Teilabschnitten im Diodenbereich 1-22 ist die mittlere Dotierstoffdosis entlang der gesamten Lateralerstreckung TLE2 des Diodenbereichs 1-22 in der ersten Lateralrichtung X.
  • Ferner bezieht sich der Ausdruck „mittlere Dotierstoffdosis“ auf elektrisch aktive Dotierstoffe desselben Leitfähigkeitstyps. Folglich kann eine Änderung der mittleren Dotierstoffdosis auch dadurch erzielt werden, dass die Dosis von einem Dotierstofftyp in beiden Abschnitten konstant gehalten wird und eine Gegendotierung und/oder Schaddotierung aufgebracht wird. Auf solche Weisen kann auch eine Differenz zwischen den mittleren (Netto-)Dotierstoffdosen erzielt werden.
  • Es versteht sich weiterhin, dass sich der Integrationspfad gemäß dem die mittlere Dotierstoffdosis bestimmt wird, nicht über die Begrenzungen des relevanten Halbleiterabschnitts hinaus erstreckt.
  • Bei einer Ausführungsform ist zumindest ein Teil des Bodygebiets 102 im IGBT-Bereich 1-21 ohne das Sperrgebiet 107 mit dem Driftgebiet 100 gekoppelt, und/oder zumindest ein Teil des Bodygebiets 102 im Diodenbereich 1-22 ist ohne das Sperrgebiet 107 mit dem Driftgebiet 100 gekoppelt. Zum Beispiel koppelt in einer Ausführungsform das Bodygebiet 102 sowohl im IGBT-Bereich 1-21 als auch im Diodenbereich 1-22 direkt an das vergleichsweise schwach dotierte Driftgebiet 100 an, wie in 6 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform liegt kein in den Mesa-Abschnitten 17 des IGBT-Bereichs 1-21 und des Diodenbereichs 1-22 realisiertes Sperrgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps oder dergleichen vor.
  • Die gesamte Lateralerstreckung des Sperrgebiets 107 im Übergangsbereich 1-23 kann mit der gesamten Lateralerstreckung TLE des Übergangsbereichs 1-23 identisch sein, wobei natürlich das Sperrgebiet 107 wiederholt von den Gräben 15/16 des Übergangsbereichs geschnitten wird.
  • Zum Beispiel sind die Gräben im Diodenbereich 1-22 und dem Übergangsbereich 1-23 entweder Source-Gräben 16 oder floatende Gräben 15. Ferner kann jeder Mesa-Abschnitt im Diodenbereich 1-22 und dem Übergangsbereich 1-23 elektrisch mit dem ersten Lastanschluss 11, z. B. mithilfe der Kontaktstöpsel 111, verbunden sein.
  • Im Gegensatz dazu können die Grabentypen im IGBT-Bereich 1-21 variieren; gemäß der dargestellten Ausführungsform kann zur Ausbildung von IGBT-Zellen ein sich nachfolgend wiederholendes, „kGkSoSoDoSoS“ entsprechendes Graben-Mesa-Muster eingesetzt werden, wovon eines in 6 dargestellt ist, wobei „k“ einen mit dem ersten Lastanschluss 11 verbundenen Mesa-Abschnitt 17 bezeichnet, „o“ einen nicht mit dem ersten Lastanschluss 11 verbundenen Mesa-Abschnitt 17 bezeichnet (d. h. der Übergang zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem Mesa-Abschnitt 17 entlang der Vertikalrichtung Z ist nicht leitend), „G“ einen Gategraben 14 bezeichnet, „S“ einen Source-Graben 16 bezeichnet und „D“ einen Blindgaben 15 bezeichnet (der identisch mit einem zwischen nicht kontaktierten Mesa-Abschnitten 17 angeordneten Gate-Graben ist). Selbstverständlich können in anderen Ausführungsformen andere Graben-Mesa-Muster verwendet werden.
  • Bei einer Ausführungsform beträgt die mittlere Dotierstoffdosis des Sperrgebiets 107 zumindest 20 % und nicht mehr als 500 % der mittleren Dotierstoffdosis des Bodygebiets 102 im Übergangsbereich 1-23. Die respektiven mittleren Dotierstoffdosen können wieder die entlang der gesamten Lateralerstreckung TLE des Übergangsbereichs 1-23 gemittelten Dotierstoffdosen sein. Z. B. kann gemäß dieser exemplarischen Bedingungen die mittlere Dotierstoffdosis des Sperrgebiets 107 im Bereich von 1*1012cm-2 bis 5*1012cm-2 liegen, z. B. 5*1013cm-2 betragen. Z. B. kann die mittlere Dotierstoffdosis des Bodygebiets 102 im Übergangsbereich 1-23 innerhalb des Bereichs von 5*1012cm-2 bis 2*1013cm-2 liegen, z. B. 5*1013cm-2 betragen, wobei zum Beispiel die Dotierstoffdosis angrenzend an die Grabenseitenwand bestimmt wird und keine hochdotierten Kontaktgebiete nahe der Kontaktfläche umfasst.
  • Es sei hier darauf hingewiesen, dass das Bodygebiet 102 im Diodenbereich 1-22, im Übergangsbereich 1-23 und im IGBT-Bereich 1-21 jeweils gleich ausgelegt sein kann. Zum Beispiel ist das Bodygebiet 102 in Bezug auf den Diodenbereich 1-22, den Übergangsbereich 1-23 und den IGBT-Bereich 1-21 nicht lateral strukturiert. Folglich kann die oben angegebene mittlere Dotierstoffdosis des Bodygebiets 102 im Übergangsbereich 1-23 auch im Diodenbereich 1-22 und im IGBT-Bereich 1-21 vorliegen.
  • Bei einer anderen Ausführungsform ist die Ausgestaltung des Bodygebiets 102 in sowohl dem IGBT-Bereich 1-21 als auch dem Übergangsbereich 1-23 identisch, im Diodenbereich 1-22 aber anders, wie bereits oben in Bezug auf 21 angegeben. Zum Beispiel ist dort das Bodygebiet 102 stärker dotiert und/oder erstreckt sich entlang der Vertikalrichtung Z tiefer in den Halbleiterkörper 10 hinein, z. B. noch tiefer als die Grabenböden im Diodenbereich 1-22.
  • Bei einer Ausführungsform wird zumindest eines aus der mittleren Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im IGBT-Bereich 1-21, der mittleren Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im Diodenbereich 1-22 und der mittleren Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im Übergangsbereich 1-23 (die alle an das Bodygebiet 102 ankoppeln) zumindest mithilfe einer lateralen Struktur einer das Sperrgebiet 107 umfassenden Sperrschicht erzielt. Z.B. kann, bezugnehmend auf 12, ein weiteres Sperrgebiet 105 im Diodenbereich 1-22 angeordnet sein und ein noch weiteres Sperrgebiet 106 kann im IGBT-Bereich 1-21 angeordnet sein. Die Sperrgebiete 105, 106, 107 können innerhalb des/der gleichen Prozessierungsschritte(s) erzeugt werden, z. B. unter Verwendung einer entsprechend strukturierten Maske während eines Implantations-Prozessierungsschrittes; folglich kann die laterale Struktur der Sperrschicht, oder respektive die laterale Struktur einer während der Ausbildung der Sperrschicht verwendeten Maske, sicherstellen, dass, z. B. in Bezug auf Dotierstoffe des ersten Leitfähigkeitstyps, die mittlere Dotierstoffdosis der einen pn-Übergang mit dem Bodygebiet 102 ausbildenden Mesa-Teilabschnitte innerhalb des Übergangsbereichs 1-23 am höchsten sein kann, verglichen mit den entsprechenden Mesa-Teilabschnitten des IGBT-Bereichs 1-21 und des Diodenbereichs 1-22. Die während des Implantationsschrittes verwendete Maske hätte dann verschiedene Verhältnisse von offenen zu maskierten Flächenbereichen, so dass ein größerer Flächenbereich der Mesa-Teilabschnitte mit Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps im Übergangsbereich 1-23 als im Diodenbereich 1-22 oder im IGBT-Bereich 1-21 implantiert wird. Die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte wird dann bestimmt, indem die mittleren Dotierstoffdosen von das Sperrgebiet 107 umfassenden Mesa-Teilabschnitten und von das Sperrgebiet 107 nicht umfassenden Mesa-Teilabschnitten genommen werden. Gleichzeitig ist, wie oben erwähnt, die Dichte der im IGBT-Bereich 1-21 vorhandenen Steuerelektroden 141 höher als die Dichte der im Übergangsbereich 1-23 vorhandenen Steuerelektroden 141 (die sogar bei null liegen kann). Es versteht sich weiterhin, dass die mittleren Dotierstoffdosen der einen pn-Übergang mit dem Bodygebiet 102 des IGBT-Bereichs 1-21 und des Diodenbereichs 1-22 ausbildenden Mesa-Teilabschnitte voneinander verschieden sein können, wobei dieser Unterschied wieder durch Verwenden einer entsprechend strukturierten Maske erzielt werden kann. Weiterhin bezugnehmend auf 12, versteht es sich, dass die weiteren Sperrgebiete 105, 106 optional bereitgestellt sind und in anderen Ausführungsformen entfallen können (siehe 6); im letzteren Fall, in dem sich das Sperrgebiet 107 (oder ein schwächer dotiertes Sperrgebiet) nicht in den Diodenbereich 1-22 noch in den IGBT-Bereich 1-21 erstreckt, würde die zum Ausbilden der Sperrschicht verwendete Maske folglich den Diodenbereich 1-22 und den IGBT-Bereich 1-21 vollständig gegen ein Unterlaufen einer Implantation blockieren.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst der RC-IGBT 1 folglich im Diodenbereich 1-22 ein weiteres Sperrgebiet 105 der ersten Leitfähigkeit, das eine Spitzen-Dotierstoffkonzentration aufweist, die zumindest 10-mal oder sogar 100-mal so groß ist wie eine mittlere Dotierstoffkonzentration des Driftgebiets 100 und sich lateral entlang zumindest 10 % der gesamten Lateralerstreckung TLE2 des Diodenbereichs 1-22 erstreckt, wobei zumindest ein Teil des Bodygebiets 102 im Diodenbereich 1-22 zumindest mithilfe des weiteren Sperrgebiets 105 mit dem Driftgebiet 100 gekoppelt ist.
  • Zusätzlich oder alternativ dazu umfasst der RC-IGBT 1 im IGBT-Bereich 1-21 ein noch weiteres Sperrgebiet 106 der ersten Leitfähigkeit, das eine mittlere Dotierstoffkonzentration aufweist, die zumindest 10-mal oder sogar 100-mal so groß ist wie eine mittlere Dotierstoffkonzentration des Driftgebiets 100 und sich lateral entlang zumindest 10 % der gesamten Lateralerstreckung TLE1 des IGBT-Bereichs 1-21 erstreckt, wobei gemäß einer Ausführungsform zumindest ein Teil des Bodygebiets 102 im IGBT-Bereich 1-21 mit dem Driftgebiet 100 zumindest mithilfe des noch weiteren Sperrgebiets 106 gekoppelt ist.
  • Beispielhafte Aspekte der das Sperrgebiet 107 und das optionale weitere Sperrgebiet 105 und das noch weitere Sperrgebiet 106 umfassenden Sperrschicht werden im Folgenden beschrieben.
  • Zum Beispiel wird in Bezug auf eine weitere optionale Realisierung der Sperrschicht auf 7 verwiesen. Verglichen mit der Ausführungsform von 6 sind die Ausgestaltung des Übergangsbereichs 1-23 und die Ausgestaltung des IGBT-Bereichs 1-21 nicht verändert worden. Gemäß der Varianten (A) und (B) ist das weitere Sperrgebiet 105 im Diodenbereich 1-22 bereitgestellt, wobei das Ausbilden dieses weiteren Sperrgebiets 105 durch Verwenden einer entsprechend strukturierten Maske während einer Implantation realisiert werden kann, die auch zum Ausbilden des Sperrgebiets 107 im Übergangsbereich 1-23 verwendet wird. Dennoch wird auch bei Vorhandensein des weiteren Sperrgebiets 105 sichergestellt, dass die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im Übergangsbereich 1-23 (die den pn-Übergang mit dem Bodygebiet 102 im Übergangsbereich 1-23 ausbilden) um zumindest einen Faktor 1,2 höher ist als die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im Diodenbereich 1-22 (die den pn-Übergang mit dem Bodygebiet 102 im Diodenbereich 1-22 ausbilden).
  • Die mittlere Dotierstoffdosis des weiteren Sperrgebiets 105 kann im Bereich von 5*1011cm-2 bis 2* 1013cm-2 liegen, z. B. 4* 1013cm-2 betragen. Auch diese mittlere Dotierstoffdosis kann die entlang der gesamten Lateralerstreckung TLE2 des Diodenbereichs 1-22 gemittelte Dotierstoffdosis sein.
  • Gemäß Variante (A) von 7 wird das weitere Sperrgebiet 105 in jedem Mesa-Abschnitt 17 des Diodenbereichs 1-22 realisiert. Alternativ dazu wird gemäß Variante (B) von 7 das weitere Sperrgebiet 105 nur in einer Teilmenge der Mesa-Abschnitte 17 des Diodenbereichs 1-22 realisiert, z. B. nur in 20 % bis 80 % der Mesa-Abschnitte 17 des Diodenbereichs 1-22. Dann können, in Bezug auf einen respektiven einzelnen Mesa-Abschnitt 17 im Diodenbereich 1-22 und im Übergangsbereich 1-23, die Dotierstoffdosen sogar zueinander gleich sein; entlang der gesamten Lateralerstreckung TLE2 des Diodenbereichs 1-22 gemittelt ist die mittlere Dotierstoffdosis des weiteren Sperrgebiets 105 im Diodenbereich 1-22 jedoch niedriger als diejenige der entsprechend gemittelten Dotierstoffdosis des Sperrgebiets im Übergangsbereich 1-23, wodurch die Bedingung erfüllt wird, dass die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im Übergangsbereich 1-23 (die den pn-Übergang mit dem Bodygebiet 102 im Übergangsbereich 1-23 ausbilden) um zumindest einen Faktor 1,2 höher ist als die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im Diodenbereich 1-22 (die den pn-Übergang mit dem Bodygebiet 102 im Diodenbereich 1-22 ausbilden).
  • Bezugnehmend nunmehr auf die in 8 dargestellte Ausführungsform, in der, verglichen mit der Ausführungsform von 6 die Ausgestaltung des Diodenbereichs 1-22 und die Ausgestaltung des IGBT-Bereichs 1-21 nicht verändert worden sind, umfasst der Übergangsbereich 1-23 eine Anzahl von (im Beispiel, einer) lokalen IGBT-Zellen. Dennoch ist die Bedingung, dass im IGBT-Bereich 1-21 die mittlere Dichte von elektrisch mit dem Steueranschluss 13 verbundenen Grabenelektroden 141 zumindest doppelt so groß ist wie die mittlere Dichte von mit dem Steueranschluss 13 verbundenen Grabenelektroden 141 im Übergangsbereich 1-23 erfüllt. Im Beispiel ist ein Gate-Graben 14 im Übergangsbereich 1-23 zusammen mit zugehörigen Source-Gebieten 101 in den benachbarten Mesa-Abschnitten 17 bereitgestellt. Bei einer Ausführungsform, wie sie auch in 11 dargestellt ist, kann das Sperrgebiet 107 im Übergangsbereich 1-23 lateral strukturiert werden, z. B. derart dass keine laterale Überlappung zwischen dem Sperrgebiet 107 und der zumindest einen lokalen IGBT-Zelle im Übergangsbereich 1-23 ausgebildet wird. Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Sperrgebiet 107 im Übergangsbereich 1-23 nicht strukturiert, erstreckt sich aber durchgehend, z. B. zusammenhängend ohne Veränderung, innerhalb des Übergangsbereichs 1-23 (wie exemplarisch in 9 dargestellt). Beide Ausführungsformen können mit der in 8 gezeigten Variante realisiert werden.
  • Bezugnehmend nunmehr auf die in 9 dargestellte Ausführungsform, in der, verglichen mit der Ausführungsform von 8, die Ausgestaltung des Diodenbereichs 1-22 und die Ausgestaltung des Übergangsbereichs 1-23 nicht verändert worden sind, ist der IGBT-Bereich 1-21 mit dem noch weiteren Sperrgebiet 106 ausgestattet. Ausschnitt (A) zeigt den vertikalen Querschnitt, und Ausschnitt (B) die entsprechende horizontale Projektion desselben Ausschnitts dieser Ausführungsform des RC-IGBT 1. Gemäß dieser Ausführungsform ist das noch weitere Sperrgebiet 106 im IGBT-Bereich 1-21 bereitgestellt, wobei das Ausbilden dieses noch weiteren Sperrgebiets 106 durch Verwenden einer entsprechend strukturierten Maske während einer Implantation realisiert werden kann, die auch zum Ausbilden des Sperrgebiets 107 im Übergangsbereich 1-23 eingesetzt wird.
  • Dennoch lässt sich auch bei Vorhandensein des noch weiteren Sperrgebiets 106 sicherstellen, dass die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im Übergangsbereich 1-23 (die den pn-Übergang mit dem Bodygebiet 102 im Übergangsbereich 1-23 ausbilden) um zumindest einen Faktor 1,2 höher ist als die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im IGBT-Bereich 1-21 (die den pn-Übergang mit dem Bodygebiet 102 im IGBT-Bereich 1-21 ausbilden). Bezugnehmend auf 19 und 20, die beide Variationen des noch weiteren Sperrgebiets 106 verglichen mit der Variante in 9-11 darstellen, versteht es sich jedoch, dass letzteres Merkmal nicht zwingend bereitgestellt werden muss. Z. B. kann die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im Übergangsbereich 1-23 (die den pn-Übergang mit dem Bodygebiet 102 im Übergangsbereich 1-23 ausbilden) alternativ dazu im Wesentlichen identisch zur mittleren Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im IGBT-Bereich 1-21 (die den pn-Übergang mit dem Bodygebiet 102 im IGBT-Bereich 1-21 ausbilden) sein. Mit anderen Worten, die mittlere Dotierstoffdosis des noch weiteren Sperrgebiets 106 kann so groß sein wie die mittlere Dotierstoffdosis des Sperrgebiets 107; z. B. vorausgesetzt, dass der Übergangsbereich 1-23 keine lokalen IGBT-Zellen umfasst (vgl. 19, d. h. gar keine Steuerelektroden 141), oder respektive, dass man IGBT-Zellen im Übergangsbereich 1-23 (vgl. 20) zulässt, solange sichergestellt wird, dass die mittlere Dichte von mit dem Steueranschluss 13 verbundenen Grabenelektroden 141 zumindest zweimal so groß ist wie die mittlere Dichte von im Übergangsbereich 1-23 mit dem Steueranschluss 13 verbundenen Grabenelektroden 141.
  • Die mittlere Dotierstoffdosis des noch weiteren Sperrgebiets 106 kann im Bereich von 5*1011cm-2 bis 2*1013cm-2 liegen, z. B. 4*1013cm-2 betragen. Auch diese mittlere Dotierstoffdosis kann die entlang der gesamten Lateralerstreckung TLE1 des IGBT-Bereichs 1-21 gemittelte Dotierstoffdosis sein.
  • Gemäß der Variante von 9 wird das noch weitere Sperrgebiet 106 nur in einer Teilmenge der Mesa-Abschnitte 17 des IGBT-Bereichs 1-21 realisiert, z. B. nur in 30 % der Mesa-Abschnitte 17 des IGBT-Bereichs 1-21. Dann können, in Bezug auf einen respektiven einzelnen Mesa-Abschnitt 17 im IGBT-Bereich 1-21 und im Übergangsbereich 1-23, die Dotierstoffdosen sogar zueinander gleich sein; entlang der gesamten Lateralerstreckung TLE1 des IGBT-Bereichs 1-21 gemittelt ist die mittlere Dotierstoffdosis des noch weiteren Sperrgebiets 106 im IGBT-Bereich 1-21 jedoch niedriger als diejenige der entsprechend gemittelten Dotierstoffdosis des Sperrgebiets 107 im Übergangsbereich 1-23, wodurch die optionale Bedingung erfüllt wird, dass die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im Übergangsbereich 1-23 (die den pn-Übergang mit dem Bodygebiet 102 im Übergangsbereich 1-23 ausbilden) um zumindest einen Faktor 1,2 höher ist als die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im IGBT-Bereich 1-21 (die den pn-Übergang mit dem Bodygebiet 102 im Diodenbereich 1-22 ausbilden).
  • Z.B. kann, falls bereitgestellt, das noch weitere Sperrgebiet 106 lateral mit den Sourcegebieten 101 im IGBT-Bereich 1-21 überlappen, wie in 9 dargestellt. Alternativ dazu kann die Struktur des noch weiteren Sperrgebiets 106 solcherart sein, dass die Überlappung vermieden wird, wie in 10 dargestellt (die außer diesem Unterschied die gleiche Ausführungsform zeigt wie 9.). Weiterhin kann die mithilfe der Vertiefungen 1061 erzielte laterale Struktur wieder unter Verwendung einer entsprechend strukturierten Maske während der Ausbildung des Sperrgebiets ausgebildet werden.
  • Bezugnehmend nunmehr auf die in 11 dargestellte Ausführungsform, in der, verglichen mit der Ausführungsform von 10, die Ausgestaltung des Diodenbereichs 1-22 und die Ausgestaltung des IGBT-Bereichs 1-21 nicht verändert worden sind, kann das Sperrgebiet 107 im Übergangsbereich 1-23 lateral strukturiert sein, wie oben bereits angegeben, nämlich zum Beispiel in einer Weise, so dass keine laterale Überlappung zwischen dem Sperrgebiet 107 und der wenigstens einen lokalen IGBT-Zelle im Übergangsbereich 1-23 ausgebildet wird. Dies kann durch eine oder mehr entsprechende Vertiefungen 1071 im Sperrgebiet 107 erzielt werden, die lateral mit den Sourcegebieten 101 der lokalen IGBT-Zellen im Übergangsbereich 1-23 überlappen. Dennoch lässt sich auch in dieser Ausführungsform, in der die mittlere Dotierstoffdosis des Sperrgebiets 107 aufgrund der wenigstens einen Vertiefung 1071 reduziert ist, sicherstellen, dass die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im Übergangsbereich 1-23 (die den pn-Übergang mit dem Bodygebiet 102 im Übergangsbereich 1-23 ausbilden) um zumindest einen Faktor 1,2 höher ist als die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im IGBT-Bereich 1-21 (die den pn-Übergang mit dem Bodygebiet 102 im IGBT-Bereich 1-21 ausbilden). Z. B. selbst wenn die lokalen Dotierstoffdosen der Sperrgebiete 107 und 106 sowohl im Übergangsbereich 1-23 als auch im IGBT-Bereich 1-21 identisch sind, wird eine solche Differenz in den mittleren Dotierstoffdosen (entlang der gesamten Lateralerstreckung TLE1 des IGBT-Bereichs 1-21 oder respektive der gesamten Lateralerstreckung TLE des Übergangsbereichs 1-23 gemittelt) durch z. B. eine vergrößerte Anzahl und/oder Fläche der Vertiefungen 1061 in dem noch weiteren Sperrgebiet 106 verglichen mit der/den Vertiefung(en) 1071 des Sperrgebiets 107 im Übergangsbereich 1-23 erzielt.
  • Wie oben angegeben, können das Sperrgebiet 107 und, sofern vorhanden, das weitere Sperrgebiet 105 und/oder das noch weitere Sperrgebiet 106 eine Sperrschicht des RC-IGBT 1 ausbilden. Die Sperrschicht kann eine zusammenhängende Sperrschicht sein, die optional mit Vertiefungen 1071, 1061 versehen ist, z. B. so dass vertikale Projektionen der Sourcegebiete 101 im IGBT-Bereich 1-21 und (sofern vorhanden) im Übergangsbereich 1-23 frei von den Sperrgebieten 106, 107 sind.
  • Bezugnehmend nunmehr auf die in 12 dargestellte Ausführungsform sind, verglichen mit der Ausführungsform von 6, die Ausgestaltung des Diodenbereichs 1-22, die Ausgestaltung des IGBT-Bereichs 1-21 und die Ausgestaltung des Übergangsbereichs 1-23 bis auf das Hinzufügen des weiteren Sperrgebiets 105 im Diodenbereich 1-22 und des weiteren Sperrgebiets 106 im IGBT-Bereich 1-21 nicht verändert worden. Bei diesem Beispiel sind die weiteren Sperrgebiete 105 und 106 lateral unstrukturiert, wie das Sperrgebiet 107 im Übergangsbereich 1-23, aber die mittleren Dotierstoffdosen der Sperrgebiete 105 und 106 sind beide gleich niedriger als die mittlere Dotierstoffdosis des Sperrgebiets 107, z. B. um einen Faktor zwei, z. B. derart, dass die Summe der mittleren Dotierstoffdosen der Sperrgebiete 105 und 106 etwa so groß ist wie die mittlere Dotierstoffdosis des Sperrgebiets 107. Zum Beispiel kann zum Erzielen einer solchen Ausgestaltung die gleiche erste Implantation in jedem der Bereiche 1-21, 1-22 und 1-23 angewendet werden, und eine zusätzliche zweite Implantation wird im Übergangsbereich 1-23 (nicht aber in den Bereichen 1-22 und 1-21) angewendet. Oder es kann zum Erzielen einer solchen Ausgestaltung die gleiche erste Implantation in beiden Bereichen 1-21 und 1-23 angewendet werden, und die zusätzliche zweite Implantation wird in beiden Bereichen 1-22 und 1-23 (nicht aber im Bereich 1-21) angewendet. Wieder lässt sich, obwohl Sperrgebiete nicht nur im Übergangsbereich 1-23 sondern auch in sowohl dem Diodenbereich 1-22 als auch dem IGBT-Bereich 1-21 bereitgestellt sind, sicherstellen, dass sowohl (a) die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im Übergangsbereich 1-23 (die den pn-Übergang mit dem Bodygebiet 102 im Übergangsbereich 1-23 ausbilden) um zumindest einen Faktor 1,2 höher ist als die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im Diodenbereich 1-22 (die den pn-Übergang mit dem Bodygebiet 102 im Diodenbereich 1-22 ausbilden) als auch (b) die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im Übergangsbereich 1-23 (die den pn-Übergang mit dem Bodygebiet 102 im Übergangsbereich 1-23 ausbilden) um zumindest einen Faktor 1,2 höher ist als die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im IGBT-Bereich 1-21 (die den pn-Übergang mit dem Bodygebiet 102 im IGBT-Bereich 1-21 ausbilden).
  • Bezugnehmend auf 13 bis 20 sollen exemplarische Aspekte der dotierten Gebiete 103, 104 und 109 der Bereiche 1-21, 1-22 und 1-23 anhand von entsprechenden in 14, 16 und 18 gezeigten Ausschnitten von horizontalen Projektionen erläutert werden. Die jeweils in 13, 15 und 17 gezeigten zugeordneten Ausschnitte der vertikalen Querschnitte sind zu Veranschaulichungszwecken mit 6 identisch. Die oben beschriebenen optionalen Modifikationen/Varianten des Designs der Bereiche 1-21, 1-22 und 1-23 an der Vorderseite 110 können jedoch auch in Kombination mit den Varianten/Modifikation an der Rückseite 120 realisiert werden, die nun beschrieben werden.
  • Bei manchen Ausführungen ist, wie jeweils in den Varianten von 14, 16 und 18 exemplarisch dargestellt, das IGBT-Emittergebiet 103 mit Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps dotiert und umfasst keine Abschnitte des ersten Leitfähigkeitstyps. Die Dotierung kann homogen sein oder alternativ dazu ist, wie in den Varianten (A) und (B) von 18 exemplarisch dargestellt, das IGBT-Emittergebiet 103 ein lateral strukturiertes Gebiet mit einer Anzahl von elektrisch mit dem zweiten Lastanschluss 12 verbundenen und mit dem Driftgebiet 100 gekoppelten höher dotierten IGBT-Emitter-Teilgebieten 1031 des zweiten Leitfähigkeitstyps und mit einer Anzahl von elektrisch mit dem zweiten Lastanschluss 12 verbundenen und mit dem Driftgebiet 100 gekoppelten niedriger dotierten IGBT-Emitter-Teilgebieten 1032 des zweiten Leitfähigkeitstyps. Die Differenz der mittleren Dotierstoffdosen der Teilgebiete 1031 und 1032 kann bei einem Faktor von 10 oder sogar 100 liegen. Die Differenz der mittleren Dotierstoffdosen der Teilgebiete 1031 und 1032 kann ermöglichen, ein niedrigeres Lochinjektionsniveau während der Rückwärtserholung zu erzielen.
  • Ferner kann bei manchen Ausführungen, wie exemplarisch jeweils in den Varianten von 14 (A), (B1), (B2), 16 (Aa) und (B2a) und 18 (A) und (B) gezeigt, das Dioden-Kathodengebiet 104 ganz vom ersten Leitfähigkeitstyp und elektrisch mit dem zweiten Lastanschluss 12 verbunden und mit dem Driftgebiet 100 gekoppelt sein. Zum Beispiel ist das Dioden-Kathodengebiet 104 in diesen Ausführungen nicht strukturiert sondern homogen dotiert.
  • Bei anderen Ausführungen kann, wie exemplarisch jeweils in den Varianten von 14 (C), 16 (Ab) und (B2b) gezeigt, das Dioden-Kathodengebiet 104 lateral von einem oder mehreren Teilgebieten 1041 des zweiten Leitfähigkeitstyps unterbrochen sein, die elektrisch mit dem zweiten Lastanschluss 12 verbunden und mit dem Driftgebiet 100 gekoppelt sind. Die Teilgebiete 1041 des zweiten Leitfähigkeitstyps können bis zu 50 % der gesamten Lateralerstreckung des Dioden-Kathodengebiets 104 (das mit der oben beschriebenen TLB2 identisch ist) ausmachen, wie in 14 (C) gezeigt. Bei anderen Ausführungen, wie in 16 (Ab) und (B2b) gezeigt, können die Teilgebiete 1041 des zweiten Leitfähigkeitstyps wesentlich weniger als 50% der gesamten Lateralerstreckung des Dioden-Kathodengebiets 104 ausmachen und sind zum Beispiel nur in der Nähe des Übergangsbereichs 1-23 bereitgestellt. In Bezug auf die Dotierstoffdosis können die Teilgebiete 1041 der zweiten Leitfähigkeit identisch ausgelegt sein wie das IGBT-Emittergebiet 103. Z. B. kann das Bereitstellen der Teilgebiete 1041 der zweiten Leitfähigkeit als Teil des Dioden-Kathodengebiets 104 eine Lochinjektion während der Rückwärtserholung ermöglichen, um einen Stromabriss zu verhindern.
  • Es stehen viele Varianten zur Verfügung zum Ausbilden des dotierten Gebiets 109 des Übergangsbereichs 1-23 an der Rückseite 120. Bei manchen Ausführungen kann die Ausgestaltung des IGBT-Emittergebiets 103 einfach ohne Modifikation in den Übergangsbereich 1-23 erstreckt werden. Folglich ist in einer Ausführungsform die Ausgestaltung des dotierten Gebiets 109 des Übergangsbereichs 1-23 identisch mit der Ausgestaltung des IGBT-Emittergebiets 103, gezeigt in 14 (A), (B), 16 (Ab) und 17 (B). Folglich kann das dotierte Gebiet 109 vom zweiten Leitfähigkeitstyp wie das IGBT-Emittergebiet 103 sein, wobei entweder das IGBT-Emittergebiet 1031 ein lateral strukturiertes Gebiet mit der genannten Anzahl elektrisch mit dem zweiten Lastanschluss 12 verbundener und mit dem Driftgebiet 100 gekoppelter höher dotierter IGBT-Emitter-Teilgebiete 1032 des zweiten Leitfähigkeitstyps und mit der genannten Anzahl elektrisch mit dem zweiten Lastanschluss 12 verbundener und mit dem Driftgebiet (100) gekoppelter niedriger dotierter IGBT-Emitter-Teilgebiete 1032 ist; und entsprechend, vgl. 18 (B), das dotierte Gebiet 109 auch ein lateral strukturiertes Gebiet mit einer Anzahl von elektrisch mit dem zweiten Lastanschluss 12 verbundenen und mit dem Driftgebiet 100 gekoppelten höher dotierten Teilgebieten 1091 des zweiten Leitfähigkeitstyps und mit einer Anzahl von elektrisch mit dem zweiten Lastanschluss 12 verbundenen und mit dem Driftgebiet 100 gekoppelten niedriger dotierten Teilgebieten 1092 des zweiten Leitfähigkeitstyps ist. Die Differenz der mittleren Dotierstoffdosen der Teilgebiete 1091 und 1092 können den für das IGBT-Emittergebiet 103 und das Dioden-Kathodengebiet 104 gewählten entsprechen. Die Differenz der mittleren Dotierstoffdosen der Teilgebiete 1091 und 1092 kann es ermöglichen, eine stark reduzierte Elektroneninjektion im Dioden-Durchlasszustandsmodus und eine sehr niedrige Lochinjektion während der Rückwärtserholung zu erzielen.
  • Bei anderen Ausführungen, wie in 14 (B1), (B2), und in 16 (B2a), (B2b) gezeigt, ist das dotierte Gebiet 109 nicht ausschließlich vom zweiten Leitfähigkeitstyp sondern ein Hybridgebiet mit einer Anzahl von elektrisch mit dem zweiten Lastanschluss 12 verbundenen und mit dem Driftgebiet 100 gekoppelten ersten Teilgebieten 1091 des ersten Leitfähigkeitstyps, und einer Anzahl von elektrisch mit dem zweiten Lastanschluss 12 verbundenen und mit dem Driftgebiet 100 gekoppelten zweiten Teilgebieten 1092 des zweiten Leitfähigkeitstyps. Die mittlere Dotierstoffdosis jedes der Anzahl zweiter Teilgebiete 1092 des zweiten Leitfähigkeitstyps kann im Wesentlichen identisch mit der mittleren Dotierstoffdosis des IGBT-Emittergebiets 103 sein, und die mittlere Dotierstoffdosis jedes der Anzahl erster Teilgebiete 1091 des ersten Leitfähigkeitstyps kann im Wesentlichen identisch mit der mittleren Dotierstoffdosis des Dioden-Kathodengebiets 104 sein. Das Design des dotierten Gebiets 109 hinsichtlich der Verteilung und Abmessung der ersten und zweiten Teilgebiete 1091 und 1092 kann in Abhängigkeit von der Vorwärtsstromdichte, der Rückwärtserholungsstromdichte, der Halbleiterkörperdicke d und der Dotierstoffkonzentration der Feldstoppschicht 108 gewählt werden. Zum Beispiel, je höher die Stromdichten, desto kleiner die Abmessung. Die Abmessung kann zum Beispiel weniger als 30 % oder weniger als 10 % oder sogar weniger als 5 % der Halbleiterkörperdicke d betragen.
  • Zum Beispiel wird im Fall des, z. B. mithilfe einer p-n-Streifenstruktur wie in 14 (B1) und (B2) dargestellt, als Hybridgebiet ausgebildeten dotierten Gebiets 109 die Diodenleistung nur geringfügig beeinträchtigt, das Rückwärtserholungsverhalten des RC-IGBT 1 jedoch verbessert.
  • Bezugnehmend nunmehr auf 21, soll eine noch weitere Ausführungsform des RC-IGBT 1 erläutert werden. Diese Ausführungsform kann alle oben in Bezug auf 1-20 ausgeführten Merkmale aufweisen, außer dem weiteren Sperrgebiet 105 im Diodenbereich 1-22. Vielmehr weist, gemäß der Ausführungsform von 21, das Bodygebiet 102 des Diodenbereichs 1-22 eine größere Erstreckung in der Vertikalrichtung Z auf, verglichen mit dem Bodygebiet 102 im IGBT-Bereich 1-21, um einen Faktor von wenigstens 150 % verglichen mit dem tiefsten Niveau des Bodygebiets 102 im IGBT-Bereich 1-21 entlang der Vertikalrichtung Z. Zum Beispiel weisen das Sperrgebiet 107 des Übergangsbereichs 1-23 und das Bodygebiet 102 des Diodenbereichs 1-22 einen gemeinsamen Vertikalerstreckungsbereich auf, der wenigstens 20 % des gesamten Vertikalerstreckungsbereichs des Sperrgebiets 107 beträgt. Wie dargestellt, kann sich das „tiefe“ Bodygebiet 102 des Diodenbereichs 1-22 sogar über die Grabenböden hinaus erstrecken. Das „tiefe“ Bodygebiet 102 des Diodenbereichs 1-22 kann lateral unstrukturiert sein und sich homogen innerhalb der gesamten Lateralerstreckung TLE2 des Diodenbereichs 22 erstrecken.
  • In einer Ausführungsform kann das „tiefe“ Bodygebiet 102 die Steuerbarkeit und/oder Leistung des RC-IGBT 1 aufgrund einer günstigen Verteilung des elektrischen Potenzials in der Nähe der Vorderseite 110 am Diodenbereich 1-22 verbessern.
  • Angegeben ist hier auch ein Verfahren zum Ausbilden eines RC-IGBT. Das Verfahren umfasst das Ausbilden der folgenden Komponenten: ein aktives Gebiet mit einem IGBT-Bereich, einem Diodenbereich, und einem Übergangsbereich zwischen dem IGBT-Bereich und dem Diodenbereich, wobei der IGBT-Bereich und der Diodenbereich aus entgegengesetzten Lateralrichtungen an den Übergangsbereich angrenzen; ein das aktive Gebiet umgebendes Randabschlussgebiet; einen Halbleiterkörper mit einer Vorderseite und einer Rückseite, wobei eine Dicke des Halbleiterkörpers als die Distanz entlang einer Vertikalrichtung zwischen der Vorderseite und der Rückseite definiert ist, wobei eine gesamte Lateralerstreckung des Übergangsbereichs zumindest 30 % der Halbleiterkörperdicke beträgt; mehrere jeweils im IGBT-Bereich, im Diodenbereich und im Übergangsbereich angeordnete Gräben, wobei sich jeder Graben von der Vorderseite entlang der Vertikalrichtung in den Halbleiterkörper erstreckt und eine durch einen Grabenisolator vom Halbleiterkörper isolierte Grabenelektrode umfasst, wobei zwei benachbarte Gräben einen betreffenden Mesa-Abschnitt im Halbleiterkörper definieren; einen ersten Lastanschluss an der Halbleiterkörpervorderseite und einen zweiten Lastanschluss an der Halbleiterkörperrückseite. Der IGBT-Bereich ist zum Leiten eines Vorwärtslaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss ausgelegt. Der Diodenbereich ist zum Leiten eines Rückwärtslaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss ausgelegt. Das Verfahren umfasst ferner ein Ausbilden eines Steueranschlusses zum Steuern des Vorwärtslaststroms, wobei im IGBT-Bereich die mittlere Dichte von elektrisch mit dem Steueranschluss verbundenen Grabenelektroden zumindest doppelt so groß ist wie die mittlere Dichte von mit dem Steueranschluss verbundenen Grabenelektroden im Übergangsbereich. Das Verfahren umfasst ferner ein Ausbilden eines im Halbleiterkörper ausgebildeten und sich jeweils in den IGBT-Bereich, den Diodenbereich und den Übergangsbereich erstreckenden Driftgebiets eines ersten Leitfähigkeitstyps; und eines in den Mesa-Abschnitten des Halbleiterkörpers ausgebildeten und sich jeweils in den IGBT-Bereich, den Diodenbereich und den Übergangsbereich erstreckenden Bodygebiets eines zweiten Leitfähigkeitstyps. Zumindest Abschnitte des Bodygebiets sind elektrisch mit dem ersten Lastanschluss verbunden, wobei das Bodygebiet pn-Übergänge mit Teilbereichen der Mesa-Abschnitte des ersten Leitfähigkeitstyps zumindest im Übergangsbereich ausbildet. Das Verfahren umfasst ferner ein Ausbilden, zumindest im Übergangsbereich, eines Sperrgebiets der ersten Leitfähigkeit, das eine Spitzen-Dotierstoffkonzentration aufweist, die zumindest 100-mal größer ist als eine mittlere Dotierstoffkonzentration des Driftgebiets, und das zumindest in Abschnitten der Mesa-Teilabschnitte angeordnet ist. Die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im Übergangsbereich ist um zumindest einen Faktor 1,2 höher als die mittlere Dotierstoffdosis von Mesa-Teilabschnitten im Diodenbereich.
  • Beispielhafte Ausführungsformen dieses Verfahrens entsprechen der oben beschriebenen Ausführungsform des RC-IGBT 1. Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ein Verwenden einer lateral strukturierten Maske zum Ausbilden einer Sperrschicht, die wenigstens das Sperrgebiet 107 und optional wenigstens eines aus dem weiteren Sperrgebiet 105 und dem noch weiteren Sperrgebiet 106 umfasst, wie oben ausgeführt.
  • Vorstehend wurden RC-IGBTs betreffende Ausführungsformen und entsprechende Prozessierungsverfahren erläutert.
  • Zum Beispiel basieren diese RC-IGBTs auf Silizium (Si). Entsprechend kann ein monokristallines Halbleitergebiet oder eine monokristalline Halbleiterschicht, z. B. der Halbleiterkörper 10 und dessen Gebiete/Zonen, z. B. Gebiete usw., ein monokristallines Si-Gebiet oder eine monokristalline Si-Schicht sein. Bei anderen Ausführungsformen kann polykristallines oder amorphes Silizium verwendet werden.
  • Es versteht sich jedoch, dass der Halbleiterkörper 10 und dessen Gebiete/Zonen aus jedem beliebigen für die Herstellung eines Halbleiterbauelementes geeigneten Halbleitermaterial hergestellt sein können. Beispiele für solche Materialien umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, elementare Halbleitermaterialien wie etwa Silizium (Si) oder Germanium (Ge), Gruppe IV-Verbundhalbleitermaterialien wie etwa Siliziumkarbid (SiC) oder Silizium-Germanium (SiGe), binäre, ternäre oder quaternäre III-V-Halbleitermaterialien wie etwa Galliumnitrid (GaN), Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP), Indiumgalliumphosphid (InGaPa), Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), Aluminiumindiumnitrid (AlInN), Indiumgalliumnitrid (InGaN), Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGalnN) oder Indiumgalliumarsenidphosphid (In-GaAsP), und binäre oder ternäre II-VI-Halbleitermaterialien wie etwa Cadmium-Tellurid (CdTe) und Quecksilber-Cadmium-Tellurid (HgCdTe), um einige zu nennen. Die oben genannten Halbleitermaterialien werden auch als „Homoübergangshalbleitermaterialien“ bezeichnet. Wenn zwei verschiedene Halbleitermaterialien kombiniert werden, entsteht ein Heteroübergangshalbleitermaterial. Beispiele für Heteroübergangshalbleitermaterialien umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid(AlGaInN)-, Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid(Al GaInN)-, Indiumgalliumnitrid(InGaN) -Galliumnitrid(GaN) -, Aluminiumgalliumnitrid(AlGaN) - Galliumnitrid(GaN)-, Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Aluminiumgalliumnitrid(AlGaN)-, Silizium-Siliziumcarbid(SixCl-x)- und Silizium-SiGe-Heteroübergangshalbleitermaterialien. Für Leistungshalbleiterschalteranwendungen werden derzeit vor allem Si-, SiC-, GaAs- und GaN-Materialien verwendet.
  • Räumlich relative Ausdrücke wie etwa „unter“, „unterhalb“, „unterer“, „über“, „oberer“ und dergleichen werden zur Erleichterung der Beschreibung verwendet, um die Positionierung eines Elementes bezüglich eines zweiten Elementes zu erläutern. Diese Ausdrücke sollen verschiedene Orientierungen des betreffenden Bauelements einschließen und auch andere Orientierungen als die in den Figuren gezeigten. Weiterhin werden auch Ausdrücke wie „erstes“, „zweites“ und dergleichen verwendet, um verschiedene Elemente, Gebiete, Bereiche usw. zu beschreiben und sollen ebenfalls nicht beschränkend sein. Gleiche Ausdrücke beziehen sich in der Beschreibung durchweg auf gleiche Elemente.
  • In der vorliegenden Verwendung sind die Ausdrücke „mit“, „enthaltend“, „einschließlich“, „umfassend“, „aufweisend“ und dergleichen offene Ausdrücke, die das Vorhandensein angegebener Elemente oder Merkmale anzeigen, aber zusätzliche Elemente oder Merkmale nicht ausschließen.
  • Angesichts der oben beschriebenen Palette von Variationen und Anwendungen versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung weder durch die vorstehende Beschreibung, noch durch die begleitenden Zeichnungen eingeschränkt wird. Vielmehr wird die vorliegende Erfindung nur durch die folgenden Ansprüche und ihre rechtlichen Entsprechungen eingeschränkt.

Claims (21)

  1. RC-IGBT (1) umfassend: - ein aktives Gebiet (1-2) mit einem IGBT-Bereich (1-21), einem Diodenbereich (1-22) und einem Übergangsbereich (1-23) zwischen dem IGBT-Bereich (1-21) und dem Diodenbereich (1-22), wobei der IGBT-Bereich (1-21) und der Diodenbereich (1-22) aus entgegengesetzten Lateralrichtungen an den Übergangsbereich (1-23) angrenzen; - ein das aktive Gebiet (1-2) umgebendes Randabschlussgebiet (1-3); - einen Halbleiterkörper (10) mit einer Vorderseite (110) und einer Rückseite (120), wobei eine Dicke (d) des Halbleiterkörpers (10) als die Distanz entlang einer Vertikalrichtung (Z) zwischen der Vorderseite (110) und der Rückseite (120) definiert ist, wobei eine gesamte Lateralerstreckung (TLE) des Übergangsbereichs (1-23) zumindest 30 % der Halbleiterkörperdicke (d) beträgt; - mehrere Gräben (14, 15, 16), die jeweils im IGBT-Bereich (1-21), im Diodenbereich (1-22) und im Übergangsbereich (1-23) angeordnet sind, wobei sich jeder Graben (14, 15, 16) von der Vorderseite (110) entlang der Vertikalrichtung (Z) in den Halbleiterkörper (10) erstreckt und eine durch einen Grabenisolator (142, 152, 162) vom Halbleiterkörper isolierte Grabenelektrode (141, 151, 161) umfasst, wobei zwei benachbarte Gräben einen betreffenden Mesa-Abschnitt (17) im Halbleiterkörper (10) definieren; - einen ersten Lastanschluss (11) an der Halbleiterkörpervorderseite (110) und einen zweiten Lastanschluss (12) an der Halbleiterkörperrückseite (120), wobei ◯ der IGBT-Bereich (1-21) zum Leiten eines Vorwärtslaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12) ausgelegt ist; und ◯ der Diodenbereich (1-22) zum Leiten eines Rückwärtslaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12) ausgelegt ist; - einen Steueranschluss (13) zum Steuern des Vorwärtslaststroms, wobei im IGBT-Bereich (1-21) die mittlere Dichte von elektrisch mit dem Steueranschluss (13) verbundenen Grabenelektroden (141) zumindest doppelt so groß ist wie die mittlere Dichte von mit dem Steueranschluss (13) verbundenen Grabenelektroden (141) im Übergangsbereich (1-23) , - ein im Halbleiterkörper (10) ausgebildetes und sich jeweils in den IGBT-Bereich (1-21), den Diodenbereich (1-22) und den Übergangsbereich (1-23) erstreckendes Driftgebiet (100) eines ersten Leitfähigkeitstyps; - ein in den Mesa-Abschnitten des Halbleiterkörpers (10) ausgebildetes und sich jeweils in den IGBT-Bereich (1-21), den Diodenbereich (1-22) und den Übergangsbereich (1-23) erstreckendes Bodygebiet (102) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei zumindest Abschnitte des Bodygebiets (102) elektrisch mit dem ersten Lastanschluss (11) verbunden sind, und wobei das Bodygebiet (102) pn-Übergänge mit Teilbereichen der Mesa-Abschnitte (17) des ersten Leitfähigkeitstyps zumindest im Übergangsbereich (1-23) ausbildet; wobei: ◯ zumindest im Übergangsbereich (1-23) zumindest in Abschnitten der Mesa-Teilabschnitte ein Sperrgebiet (107) der ersten Leitfähigkeit angeordnet ist, das eine Spitzen-Dotierstoffkonzentration aufweist, die zumindest 100-mal größer ist als eine mittlere Dotierstoffkonzentration des Driftgebiets (100), und ◯ die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im Übergangsbereich (1-23) um zumindest einen Faktor 1,2 höher als die mittlere Dotierstoffdosis von Mesa-Teilabschnitten im Diodenbereich (1-22) ist.
  2. RC-IGBT (1) nach Anspruch 1, wobei in Bezug auf ein Volumen des aktiven Gebiets (1-2) das Verhältnis zwischen dem IGBT-Bereich (1-21) und dem Diodenbereich (1-22) zumindest 2:1 ist.
  3. RC-IGBT (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei zumindest ein Teil des Bodygebiets (102) im IGBT-Bereich (1-21) ohne das Sperrgebiet (107) mit dem Driftgebiet (100) gekoppelt ist, und/oder wobei zumindest ein Teil des Bodygebiets (102) im Diodenbereich (1-22) ohne das Sperrgebiet (107) mit dem Driftgebiet (100) gekoppelt ist.
  4. RC-IGBT (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im IGBT-Bereich (1-21) um zumindest einen Faktor 1,2 niedriger ist als die mittlere Dotierstoffdosis von Mesa-Teilabschnitten im Übergangsbereich (1-23).
  5. RC-IGBT (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eines aus der mittleren Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im IGBT-Bereich (1-21), der mittleren Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im Diodenbereich (1-22) und der mittleren Dotierstoffdosis der Mesa-Teilabschnitte im Übergangsbereich (1-23) zumindest mithilfe einer lateralen Struktur einer das Sperrgebiet (107) umfassenden Sperrschicht erzielt wird.
  6. RC-IGBT (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mittlere Dotierstoffdosis des Sperrgebiets (107) zumindest 20 % und nicht mehr als 500 % der mittleren Dotierstoffdosis des Bodygebiets (102) im Übergangsbereich (1-23) beträgt.
  7. RC-IGBT (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend, im IGBT-Bereich (1-21), ein elektrisch mit dem zweiten Lastanschluss (12) verbundenes und mit dem Driftgebiet (100) gekoppeltes IGBT-Emittergebiet (103) des zweiten Leitfähigkeitstyps.
  8. RC-IGBT (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend, im Diodenbereich (1-22), ein elektrisch mit dem zweiten Lastanschluss (12) verbundenes und mit dem Driftgebiet (100) gekoppeltes Dioden-Kathodengebiet (104) des ersten Leitfähigkeitstyps.
  9. RC-IGBT (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die sich in den Übergangsbereich (1-23) erstreckenden Gräben (15, 16) jeweils entweder elektrisch floatend oder elektrisch mit einem Potenzial verbunden sind, das vom elektrischen Potenzial des Steueranschlusses (13) verschieden ist.
  10. RC-IGBT (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-9, wobei jeder von zumindest 80 % der sich in den Übergangsbereich (1-23) erstreckenden Gräben (14, 15, 16) entweder elektrisch floatend oder elektrisch mit einem Potenzial verbunden ist, das vom elektrischen Potenzial des Steueranschlusses (13) verschieden ist, und wobei zumindest einer der verbleibenden 20% der sich in den Übergangsbereich (1-23) erstreckenden Gräben (14) elektrisch mit dem Steueranschluss (13) verbunden ist, um zumindest eine lokale IGBT-Zelle im Übergangsbereich (1-23) auszubilden.
  11. RC-IGBT (1) nach Anspruch 10, wobei das Sperrgebiet (107) im Übergangsbereich (1-23) lateral so strukturiert ist, dass keine laterale Überlappung zwischen dem Sperrgebiet (107) und der zumindest einen lokalen IGBT-Zelle im Übergangsbereich (1-23) ausgebildet wird.
  12. RC-IGBT (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gräben (14, 15, 16) in jedem des IGBT-Bereichs (1-21), des Diodenbereichs (1-22) und des Übergangsbereichs (1-23) gemäß derselben lateralen Grabenteilung lateral nebeneinander angeordnet sind.
  13. RC-IGBT (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die laterale Grabenteilung eine laterale Distanz zwischen zwei benachbarten Gräben von nicht mehr als 1/30 der Halbleiterkörperdicke d definiert.
  14. RC-IGBT (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend, im Diodenbereich (1-22), ein weiteres Sperrgebiet (105) der ersten Leitfähigkeit, das eine mittlere Dotierstoffkonzentration aufweist, die zumindest 100-mal so groß ist wie eine mittlere Dotierstoffkonzentration des Driftgebiets (100) und sich lateral entlang zumindest 10 % der gesamten Lateralerstreckung des Diodenbereichs (1-22) erstreckt, wobei zumindest ein Teil des Bodygebiets (102) im Diodenbereich (1-22) zumindest mithilfe des weiteren Sperrgebiets (105) mit dem Driftgebiet (100) gekoppelt ist.
  15. RC-IGBT (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend, im IGBT-Bereich (1-21), ein noch weiteres Sperrgebiet (106) der ersten Leitfähigkeit, das eine Spitzen-Dotierstoffkonzentration aufweist, die zumindest 100-mal so groß ist wie eine mittlere Dotierstoffkonzentration des Driftgebiets (100) und sich lateral entlang zumindest 10 % der gesamten Lateralerstreckung des IGBT-Bereichs (1-21) erstreckt, wobei zumindest ein Teil des Bodygebiets (102) im IGBT-Bereich (1-23) zumindest mithilfe des noch weiteren Sperrgebiets (106) mit dem Driftgebiet (100) gekoppelt ist.
  16. RC-IGBT (1) nach Anspruch 14 und/oder Anspruch 15, wobei das Sperrgebiet (107) des Übergangsbereichs (1-23) eine zusammenhängende Sperrschicht mit zumindest einem aus dem weiteren Sperrgebiet (105) und dem noch weiteren Sperrgebiet (106) ausbildet.
  17. RC-IGBT(1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend, im Übergangsgebiet (1-21), ein elektrisch mit dem zweiten Lastanschluss (12) verbundenes und mit dem Driftgebiet (100) gekoppeltes und die gleiche gesamte Lateralerstreckung wie der Übergangsbereich (1-21) aufweisendes dotiertes Gebiet (109).
  18. RC-IGBT (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: - der RC-IGBT ausgelegt ist wie in den Ansprüchen 7 und 8 definiert, und wobei: ◯ das dotierte Gebiet (109) vom zweiten Leitfähigkeitstyp wie das IGBT-Emittergebiet (103) ist; oder ◯ das dotierte Gebiet (109) ein Hybridgebiet mit einer Anzahl von elektrisch mit dem zweiten Lastanschluss (12) verbundenen und mit dem Driftgebiet (100) gekoppelten Teilgebieten (1091) des ersten Leitfähigkeitstyps, und einer Anzahl von elektrisch mit dem zweiten Lastanschluss (12) verbundenen und mit dem Driftgebiet (100) gekoppelten zweiten Teilgebieten (1092) des zweiten Leitfähigkeitstyps ist; oder - der RC-IGBT ausgelegt ist wie in Anspruch 7 definiert, und wobei: ◯ das dotierte Gebiet (109) vom zweiten Leitfähigkeitstyp wie das IGBT-Emittergebiet (103) ist; und ◯ der RC-IGBT ferner, im Diodenbereich (1-22), ein elektrisch mit dem zweiten Lastanschluss (12) verbundenes und mit dem Driftgebiet (100) gekoppeltes Dioden-Kathodengebiet (104) des ersten Leitfähigkeitstyps umfasst, wobei das Dioden-Kathodengebiet (104) lateral von einem oder mehreren Teilgebieten (1041) des zweiten Leitfähigkeitstyps unterbrochen ist, die elektrisch mit dem zweiten Lastanschluss (12) verbunden und mit dem Driftgebiet (100) gekoppelt sind.
  19. RC-IGBT (1) nach Anspruch 7 und 8, wobei das dotierte Gebiet (109) vom zweiten Leitfähigkeitstyp wie das IGBT-Emittergebiet (103) ist, und wobei: - das IGBT-Emittergebiet (103) ein lateral strukturiertes Gebiet mit einer Anzahl von elektrisch mit dem zweiten Lastanschluss (12) verbundenen und mit dem Driftgebiet (100) gekoppelten höher dotierten IGBT-Emitter-Teilgebieten (1031) des zweiten Leitfähigkeitstyps und mit einer Anzahl von elektrisch mit dem zweiten Lastanschluss (12) verbundenen und mit dem Driftgebiet (100) gekoppelten niedriger dotierten IGBT-Emitter-Teilgebieten (1032) des zweiten Leitfähigkeitstyps ist; und/oder - das dotierte Gebiet (109) ein lateral strukturiertes Gebiet mit einer Anzahl von elektrisch mit dem zweiten Lastanschluss (12) verbundenen und mit dem Driftgebiet (100) gekoppelten höher dotierten Teilgebieten (1091) des zweiten Leitfähigkeitstyps und mit einer Anzahl von elektrisch mit dem zweiten Lastanschluss (12) verbundenen und mit dem Driftgebiet (100) gekoppelten niedriger dotierten Teilgebieten (1092) des zweiten Leitfähigkeitstyps ist.
  20. RC-IGBT (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das Bodygebiet (102) des Diodenbereichs (1-22) entlang der Vertikalrichtung (Z) eine größere Erstreckung aufweist, verglichen mit dem Bodygebiet (102) im IGBT-Bereich (1-21), um einen Faktor von wenigstens 150 % verglichen mit dem tiefsten Niveau des Bodygebiets (102) im IGBT-Bereich (1-21) entlang der Vertikalrichtung (Z); und/oder - das Sperrgebiet (107) des Übergangsbereichs (1-23) und das Bodygebiet (102) des Diodenbereichs (1-22) einen gemeinsamen Vertikalerstreckungsbereich aufweisen, der wenigstens 20 % des gesamten Vertikalerstreckungsbereichs des Sperrgebiets (107) beträgt.
  21. Verfahren zum Ausbilden eines RC-IGBT (1), umfassend ein Ausbilden der folgenden Komponenten: - ein aktives Gebiet (1-2) mit einem IGBT-Bereich (1-21), einem Diodenbereich (1-22) und einem Übergangsbereich (1-23) zwischen dem IGBT-Bereich (1-21) und dem Diodenbereich (1-22), wobei der IGBT-Bereich (1-21) und der Diodenbereich (1-22) aus entgegengesetzten Lateralrichtungen an den Übergangsbereich (1-23) angrenzen; - ein das aktive Gebiet (1-2) umgebendes Randabschlussgebiet (1-3); - einen Halbleiterkörper (10) mit einer Vorderseite (110) und einer Rückseite (120), wobei eine Dicke des Halbleiterkörpers (10) als die Distanz entlang einer Vertikalrichtung (Z) zwischen der Vorderseite (110) und der Rückseite (120) definiert ist, wobei eine gesamte Lateralerstreckung des Übergangsbereichs (1-23) zumindest 30 % der Halbleiterkörperdicke (d) beträgt; - mehrere Gräben (14, 15, 16), die jeweils im IGBT-Bereich (1-21), im Diodenbereich (1-22) und im Übergangsbereich (1-23) angeordnet sind, wobei sich jeder Graben (14, 15, 16) von der Vorderseite (110) entlang der Vertikalrichtung (Z) in den Halbleiterkörper (10) erstreckt und eine durch einen Grabenisolator (142, 152, 162) vom Halbleiterkörper isolierte Grabenelektrode (141, 151, 161) umfasst, wobei zwei benachbarte Gräben einen betreffenden Mesa-Abschnitt (17) im Halbleiterkörper (10) definieren; - einen ersten Lastanschluss (11) an der Halbleiterkörpervorderseite (110) und einen zweiten Lastanschluss (12) an der Halbleiterkörperrückseite (120), wobei ◯ der IGBT-Bereich (1-21) zum Leiten eines Vorwärtslaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12) ausgelegt ist; und ◯ der Diodenbereich (1-22) zum Leiten eines Rückwärtslaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12) ausgelegt ist; - einen Steueranschluss (13) zum Steuern des Vorwärtslaststroms, wobei im IGBT-Bereich (1-21) die mittlere Dichte von elektrisch mit dem Steueranschluss (13) verbundenen Grabenelektroden (141) zumindest doppelt so groß ist wie die mittlere Dichte von mit dem Steueranschluss (13) verbundenen Grabenelektroden (141) im Übergangsbereich (1-23), - ein im Halbleiterkörper (10) ausgebildetes und sich jeweils in den IGBT-Bereich (1-21), den Diodenbereich (1-22) und den Übergangsbereich (1-23) erstreckendes Driftgebiet (100) eines ersten Leitfähigkeitstyps; - ein in den Mesa-Abschnitten des Halbleiterkörpers (10) ausgebildetes und sich jeweils in den IGBT-Bereich (1-21), den Diodenbereich (1-22) und den Übergangsbereich (1-23) erstreckendes Bodygebiet (102) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei zumindest Abschnitte des Bodygebiets (102) elektrisch mit dem ersten Lastanschluss (11) verbunden sind und wobei das Bodygebiet (102) pn-Übergänge mit Teilbereichen der Mesa-Abschnitte (17) des ersten Leitfähigkeitstyps zumindest im Übergangsbereich (1-23) ausbildet; wobei das Verfahren ferner umfasst: Ausbilden, - zumindest im Übergangsbereich (1-23), eines Sperrgebiets (107) der ersten Leitfähigkeit, das eine Spitzen-Dotierstoffkonzentration aufweist, die zumindest 100-mal größer ist als eine mittlere Dotierstoffkonzentration des Driftgebiets (100), und wenigstens in Abschnitten der Mesa-Subabschnitte angeordnet ist, wobei die mittlere Dotierstoffdosis der Mesa-Subabschnitte im Übergangsbereich (1-23) um zumindest einen Faktor 1,2 höher ist als die mittlere Dotierstoffdosis von Mesa-Subabschnitten im Diodenbereich (1-22).
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