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DE102019125010B4 - Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Diode mit strukturiertem Barrieregebiet - Google Patents

Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Diode mit strukturiertem Barrieregebiet Download PDF

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DE102019125010B4
DE102019125010B4 DE102019125010.2A DE102019125010A DE102019125010B4 DE 102019125010 B4 DE102019125010 B4 DE 102019125010B4 DE 102019125010 A DE102019125010 A DE 102019125010A DE 102019125010 B4 DE102019125010 B4 DE 102019125010B4
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diode
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semiconductor device
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Roman Baburske
Johannes Georg Laven
Alexander Philippou
Christian Philipp Sandow
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Infineon Technologies AG
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Abstract

Leistungshalbleitervorrichtung (1), umfassend:- ein aktives Gebiet (1-2) mit einem Diodenbereich (1-22);- ein Randabschlussgebiet (1-3), das das aktive Gebiet (1-2) umgibt;- einen Halbleiterkörper (10) mit einer Vorderseite (110) und einer Rückseite (120);- einen ersten Lastanschluss (11) an der Halbleiterkörpervorderseite (110) und einen zweiten Lastanschluss (12) an der Halbleiterkörperrückseite (120), wobei der Diodenbereich (1-22) zum Leiten eines Diodenlaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12) konfiguriert ist,- ein Drift-Gebiet (100) von einem ersten Leitfähigkeitstyp, das in dem Halbleiterkörper (10) gebildet ist und sich in den Diodenbereich (1-22) erstreckt;- mehrere Gräben (14, 15, 16), die in dem Diodenbereich (1-22) angeordnet sind, wobei sich jeder Graben von der Vorderseite entlang der Vertikalrichtung (Z) in den Halbleiterkörper (10) erstreckt und eine Grabenelektrode (141, 151, 161) umfasst, die durch einen Grabenisolator (142, 152, 162) von dem Halbleiterkörper (10) isoliert ist, wobei zwei benachbarte Gräben einen jeweiligen Mesateil (17) in dem Halbleiterkörper (10) definieren;- ein Bodygebiet (102) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, das in den Mesateilen des Halbleiterkörpers (10) gebildet ist und mit dem ersten Lastanschluss (11) elektrisch verbunden ist,- in dem Diodenbereich (1-22) ein Barrieregebiet (107) von der ersten Leitfähigkeit zwischen dem Bodygebiet (102) und dem Drift-Gebiet (100), wobei das Barrieregebiet (107) eine Dotierstoffkonzentration, die mindestens um das Hundertfache größer ist als die durchschnittliche Dotierstoffkonzentration des Drift-Gebiets (100), und eine Dotierstoffdosis, die größer ist als eine Dotierstoffdosis des Bodygebiets (102), aufweist, wobei das Barrieregebiet (107) eine laterale Struktur aufweist, gemäß der- mindestens 50% des Bodygebiets (102) im Diodenbereich (1-22) mindestens mittels des Barrieregebiets (107) mit dem Drift-Gebiet (100) gekoppelt sind;- mindestens 5% des Bodygebiets (102) im Diodenbereich (1-22) ohne das Barrieregebiet (107) mit dem Drift-Gebiet (100) gekoppelt sind; und- die laterale Struktur des Barrieregebiets (107) mit mindestens 70% der Fläche des Horizontalquerschnitts des Diodenbereichs (1-22) eine laterale Überlappung bildet, wobei das Bodygebiet (102) im Diodenbereich (1-22) mindestens mittels des Barrieregebiets (107), wo die laterale Überlappung hergestellt ist, gekoppelt ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Schrift bezieht sich auf Ausführungsformen einer Leistungshalbleitervorrichtung und auf Ausführungsformen eines Verfahrens zum Verarbeiten einer Leistungshalbleitervorrichtung. Insbesondere betrifft diese Schrift Ausführungsformen eines Diodenbereichs (zum Beispiel in einem RC-IGBT oder in einer Diode) und Ausführungsformen eines entsprechenden Verarbeitungsverfahrens, wobei der Diodenbereich ein lateral strukturiertes hochdotiertes Barrieregebiet zwischen dem Bodygebiet und dem Drift-Gebiet aufweist.
  • HINTERGRUND
  • Viele Funktionen moderner Vorrichtungen in Kraftfahrzeug-, Verbraucher- und Industrieanwendungen, wie etwa die Umwandlung von elektrischer Energie und das Antreiben eines Elektromotors oder einer elektrischen Maschine, sind auf Leistungshalbleiterschalter angewiesen. Zum Beispiel sind Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs, Insulated Gate Bipolar Transistors), Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) und Dioden, um nur einige zu nennen, für verschiedene Anwendungen verwendet worden, einschließlich Schaltern in Stromversorgungen und Leistungswandlern, aber nicht darauf beschränkt.
  • Eine Leistungshalbleitervorrichtung umfasst in der Regel einen Halbleiterkörper, der dazu konfiguriert ist, einen Vorwärtslaststrom entlang einem Laststrompfad zwischen zwei Lastanschlüssen der Vorrichtung zu leiten.
  • Ferner kann im Fall einer steuerbaren Leistungshalbleitervorrichtung, zum Beispiel eines Transistors, der Laststrompfad mittels einer isolierten Elektrode, die gemeinhin als Gate-Elektrode bezeichnet wird, gesteuert werden. Zum Beispiel kann die Steuerelektrode bei Empfangen eines entsprechenden Steuersignals, zum Beispiel von einer Treibereinheit, die Leistungshalbleitervorrichtung in einen leitenden Zustand oder einen sperrenden Zustand versetzen. In manchen Fällen kann die Gate-Elektrode innerhalb eines Grabens des Leistungshalbleiterschalters enthalten sein, wobei der Graben zum Beispiel eine Streifenkonfiguration oder eine Nadelkonfiguration aufweisen kann.
  • Manche Leistungshalbleitervorrichtungen stellen ferner eine Rückwärtsleitfähigkeit bereit; während eines rückwärts leitenden Zustands leitet die Leistungshalbleitervorrichtung einen Rückwärtslaststrom. Solche Vorrichtungen können so konzipiert sein, dass die Vorwärtslaststromfähigkeit (hinsichtlich Größe) der Rückwärtslaststromfähigkeit im Wesentlichen entspricht.
  • Eine typische Vorrichtung, die sowohl Vorwärts- als auch Rückwärtslaststromfähigkeit bereitstellt, ist der rückwärts leitende (RC, reverse conducting) IGBT, dessen allgemeine Konfiguration dem Fachmann bekannt ist. In der Regel ist für einen RC-IGBT der vorwärts leitende Zustand mittels Bereitstellung eines entsprechenden Signals für die Gate-Elektroden steuerbar, und der rückwärts leitende Zustand ist in der Regel nicht steuerbar, aber der RC-IGBT nimmt den rückwärts leitenden Zustand ein, wenn aufgrund einer entsprechenden Diodenstruktur des RC-IGBTs eine Rückwärtsspannung an den Lastanschlüssen vorliegt.
  • Es ist natürlich möglich, eine Rückwärtsstromfähigkeit mittels einer separaten Diode, zum Beispiel einer antiparallel zu einem regelmäßigen IGBT (keine Rückwärtsleitung) geschalteten Diode, bereitzustellen.
  • Ein typisches Konstruktionsziel unabhängig davon, ob die Diode als eine getrennte Diode oder als ein Diodenbereich in einem rückwärts leitenden Transistor vorgesehen ist, besteht darin, eine spezielle Anodeninjektionseffizienz zu erreichen.
  • Aus den Schriften JP 2009-267116 A sowie US 2005/0073030 A1 sind Ausgestaltungen von RC-IGBTs bekannt.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Leistungshalbleitervorrichtung: ein aktives Gebiet mit einem Diodenbereich; ein Randabschlussgebiet, das das aktive Gebiet umgibt; einen Halbleiterkörper mit einer Vorderseite und einer Rückseite; einen ersten Lastanschluss an der Halbleiterkörpervorderseite und einen zweiten Lastanschluss an der Halbleiterkörperrückseite, wobei der Diodenbereich zum Leiten eines Diodenlaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss konfiguriert ist; ein Drift-Gebiet von einem ersten Leitfähigkeitstyp, das in dem Halbleiterkörper gebildet ist und sich in den Diodenbereich erstreckt; mehrere Gräben, die in dem Diodenbereich angeordnet sind, wobei sich jeder Graben von der Vorderseite entlang der Vertikalrichtung in den Halbleiterkörper erstreckt und eine Grabenelektrode umfasst, die durch einen Grabenisolator von dem Halbleiterkörper isoliert ist, wobei zwei benachbarte Gräben einen jeweiligen Mesateil in dem Halbleiterkörper definieren; ein Bodygebiet von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, das in den Mesateilen des Halbleiterkörpers gebildet ist und mit dem ersten Lastanschluss elektrisch verbunden ist; in dem Diodenbereich ein Barrieregebiet von der ersten Leitfähigkeit zwischen dem Bodygebiet und dem Drift-Gebiet, wobei das Barrieregebiet eine Dotierstoffkonzentration, die mindestens um das Hundertfache größer ist als die durchschnittliche Dotierstoffkonzentration des Drift-Gebiets, und eine Dotierstoffdosis, die größer ist als eine Dotierstoffdosis des Bodygebiets, aufweist. Das Barrieregebiet weist eine laterale Struktur auf, gemäß der mindestens 50% des Bodygebiets im Diodenbereich mindestens mittels des Barrieregebiets mit dem Drift-Gebiet gekoppelt sind; und mindestens 5% des Bodygebiets im Diodenbereich ohne das Barrieregebiet mit dem Drift-Gebiet gekoppelt sind. Weiter ist vorgesehen, dass die laterale Struktur des Barrieregebiets mit mindestens 70% der Fläche des Horizontalquerschnitts des Diodenbereichs eine laterale Überlappung bildet, wobei das Bodygebiet im Diodenbereich mindestens mittels des Barrieregebiets, wo die laterale Überlappung hergestellt ist, gekoppelt ist.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Verarbeiten einer Leistungshalbleitervorrichtung Bilden: eines aktiven Gebiets mit einem Diodenbereich; eines Randabschlussgebiets, das das aktive Gebiet umgibt; eines Halbleiterkörpers mit einer Vorderseite und einer Rückseite; eines ersten Lastanschlusses an der Halbleiterkörpervorderseite und eines zweiten Lastanschlusses an der Halbleiterkörperrückseite, wobei der Diodenbereich zum Leiten eines Diodenlaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss konfiguriert ist; eines Drift-Gebiets von einem ersten Leitfähigkeitstyp, das in dem Halbleiterkörper gebildet ist und sich in den Diodenbereich erstreckt; mehrerer Gräben, die in dem Diodenbereich angeordnet sind, wobei sich jeder Graben von der Vorderseite entlang der Vertikalrichtung in den Halbleiterkörper erstreckt und eine Grabenelektrode umfasst, die durch einen Grabenisolator von dem Halbleiterkörper isoliert ist, wobei zwei benachbarte Gräben einen jeweiligen Mesateil in dem Halbleiterkörper definieren; eines Bodygebiets von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, das in den Mesateilen des Halbleiterkörpers gebildet ist und mit dem ersten Lastanschluss elektrisch verbunden ist; in dem Diodenbereich eines Barrieregebiets von der ersten Leitfähigkeit zwischen dem Bodygebiet und dem Drift-Gebiet, wobei das Barrieregebiet eine Dotierstoffkonzentration, die mindestens um das Hundertfache größer ist als die durchschnittliche Dotierstoffkonzentration des Drift-Gebiets, und eine Dotierstoffdosis, die größer ist als eine Dotierstoffdosis des Bodygebiets, aufweist. Das Barrieregebiet weist eine laterale Struktur auf, gemäß der mindestens 50% des Bodygebiets im Diodenbereich mindestens mittels des Barrieregebiets mit dem Drift-Gebiet gekoppelt sind; und mindestens 5% des Bodygebiets im Diodenbereich ohne das Barrieregebiet mit dem Drift-Gebiet gekoppelt sind. Weiter ist vorgesehen, dass die laterale Struktur des Barrieregebiets mit mindestens 70% der Fläche des Horizontalquerschnitts des Diodenbereichs eine laterale Überlappung bildet, wobei das Bodygebiet im Diodenbereich mindestens mittels des Barrieregebiets, wo die laterale Überlappung hergestellt ist, gekoppelt ist.
  • Der hier erwähnte Diodenbereich ist zum Beispiel nicht in einem IGBT-Bereich integriert; zum Beispiel umfassen die Mesateile im Diodenbereich nicht eine oder mehrere Source-Gebiete vom ersten Leitfähigkeitstyp, die mit dem ersten Lastanschluss verbunden sind.
  • Der Fachmann wird bei Lektüre der folgenden detaillierten Beschreibung und bei Durchsicht der begleitenden Zeichnungen zusätzliche Merkmale und Vorteile erkennen.
  • Figurenliste
  • Die Teile in den Figuren sind nicht zwangsweise maßstabsgetreu, stattdessen wird Wert auf Veranschaulichen der Grundzüge der Erfindung gelegt. Darüber hinaus bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszahlen einander entsprechende Teile. In den Zeichnungen zeigen:
    • 1 schematisch und beispielhaft einen Abschnitt einer horizontalen Projektion einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 2 schematisch und beispielhaft eine vereinfachte Ausführung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 3 schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines Diodenbereichs einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen;
    • 4 schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines IGBT-Bereichs einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen;
    • 5 schematisch und beispielhaft einige Varianten, in einer jeweiligen horizontalen Projektion, eines oder mehrerer Diodenbereiche und eines oder mehrerer IGBT-Bereiche einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 6 schematisch und beispielhaft Vertikalquerschnitte verschiedener Grabentypen, die Teil einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen sein können;
    • 7 schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen;
    • 8-9 beide schematisch und beispielhaft einen jeweiligen Abschnitt einer horizontalen Projektion einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen;
    • 10 schematischen beispielhaft einen Abschnitt einer perspektivischen Projektion einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen;
    • 11 schematisch und beispielhaft einige Varianten, in einem jeweiligen Abschnitt eines Vertikalquerschnitts, einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen; und
    • 12-15 jeweils schematisch und beispielhaft einen jeweiligen Abschnitt einer horizontalen Projektion einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen spezielle Ausführungsformen, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann, als Veranschaulichung gezeigt werden.
  • In dieser Hinsicht kann Richtungsterminologie, wie zum Beispiel „oben“, „unten“, „unter“, „vor“, „hinter“, „zurück“, „führender“, „nachlaufender“, „oberhalb“ usw., mit Bezug auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Figuren verwendet werden. Da Teile von Ausführungsformen in einer Anzahl von verschiedenen Ausrichtungen positioniert werden können, wird die Richtungsterminologie zu Zwecken der Veranschaulichung verwendet und ist keineswegs einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können. Die nachstehende detaillierte Beschreibung soll daher nicht in einem einschränkenden Sinne verstanden werden.
  • Es wird nunmehr ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen Bezug genommen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den Figuren veranschaulicht werden. Jedes Beispiel wird als Erklärung bereitgestellt und soll die Erfindung nicht einschränken. Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben werden, können beispielsweise bei oder kombiniert mit anderen Ausführungsformen verwendet werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu erhalten. Die vorliegende Erfindung soll solche Modifikationen und Variationen mit einschließen. Die Beispiele werden unter Verwendung einer speziellen Ausdrucksweise beschrieben, die nicht einschränkend sein soll. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich veranschaulichenden Zwecken. Der Übersicht halber wurden in den verschiedenen Zeichnungen die gleichen Elemente oder Herstellungsschritte mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, sofern nichts Anderes angegeben ist.
  • Der Begriff „horizontal“, wie er in dieser Schrift verwendet wird, soll eine Ausrichtung im Wesentlichen parallel zu einer horizontalen Fläche eines Halbleitersubstrats oder einer Halbleiterstruktur beschreiben. Dies kann zum Beispiel die Fläche eines Halbleiterwafers oder eines Dies oder eines Chips sein. Zum Beispiel können sowohl die erste Lateralrichtung X als auch die zweite Lateralrichtung Y, die nachstehend erwähnt werden, Horizontalrichtungen sein, wobei die erste Lateralrichtung X und die zweite Lateralrichtung Y senkrecht zueinander sein können.
  • Der Begriff „vertikal“, wie er in dieser Schrift verwendet wird, soll eine Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der horizontalen Fläche, das heißt, parallel zu der Normalrichtung der Fläche des Halbleiterwafers/-chips/- dies, angeordnet ist. Zum Beispiel kann die nachstehend erwähnte Erstreckungsrichtung Z eine Erstreckungsrichtung sein, die sowohl zu der ersten Lateralrichtung X als auch zu der zweiten Lateralrichtung Y senkrecht ist. Die Erstreckungsrichtung Z wird hier auch als „Vertikalrichtung Z“ bezeichnet.
  • In dieser Schrift wird n-dotiert als „erster Leitfähigkeitstyp“ bezeichnet, während p-dotiert als „zweiter Leitfähigkeitstyp“ bezeichnet wird. Alternativ können entgegengesetzte Dotierungsbeziehungen verwendet werden, so dass der erste Leitfähigkeitstyp p-dotiert sein kann und der zweite Leitfähigkeitstyp n-dotiert sein kann.
  • Im Rahmen der vorliegenden Schrift sollen die Begriffe „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 einer Halbleitervorrichtung oder zwischen verschiedenen Anschlüssen einer oder mehrerer Vorrichtungen oder zwischen einem Anschluss oder einer Metallisierung oder einer Elektrode und einem Abschnitt oder Teil einer Halbleitervorrichtung besteht. Ferner soll im Rahmen der vorliegenden Schrift der Begriff „in Kontakt“ beschreiben, dass eine direkte physische Verbindung zwischen zwei Elementen der jeweiligen Halbleitervorrichtung besteht; zum Beispiel umfasst ein Übergang zwischen zwei in Kontakt miteinander befindlichen Elementen möglicherweise kein weiteres Zwischenelement oder dergleichen.
  • Darüber hinaus wird im Rahmen der vorliegenden Schrift der Begriff „elektrische Isolierung“, wenn nicht anders angegeben, im Rahmen seines allgemein gültigen Verständnisses verwendet und soll somit beschreiben, dass zwei oder mehr Komponenten separat voneinander angeordnet sind und dass keine diese Komponenten verbindende ohmsche Verbindung besteht. Jedoch können elektrisch voneinander isolierte Komponenten nichtsdestotrotz miteinander gekoppelt, zum Beispiel mechanisch gekoppelt und/oder kapazitiv gekoppelt und/oder induktiv gekoppelt, sein. Um ein Beispiel zu nennen, können zwei Elektroden eines Kondensators elektrisch voneinander isoliert, und gleichzeitig mechanisch und kapazitiv, zum Beispiel mit Hilfe einer Isolierung, zum Beispiel eines Dielektrikums, miteinander gekoppelt sein.
  • In dieser Schrift beschriebene spezielle Ausführungsformen betreffen eine Leistungshalbleitervorrichtung, die eine einzige Zelle, eine Streifenzellen- oder zellenförmige Konfiguration (auch als „Nadel-“ oder „säulenförmige“ Zellenkonfiguration bezeichnet) aufweist, wie zum Beispiel eine Leistungshalbleitervorrichtung, die innerhalb eines Stromrichters oder eines Netzteils verwendet werden kann, ohne darauf beschränkt zu sein. Somit kann bei einer Ausführungsform solch eine Vorrichtung dazu konfiguriert sein, einen Laststrom zu führen, der einer Last zugeführt werden soll und/oder der jeweils durch eine Energiequelle bereitgestellt wird. Zum Beispiel kann die Leistungshalbleitervorrichtung eine oder mehrere aktive Leistungshalbleiterzellen, wie zum Beispiel eine monolithisch integrierte Diodenzelle (zum Beispiel eine monolithisch integrierte Zelle von zwei antiseriell verbundenen Dioden), eine monolithisch integrierte Transistorzelle, zum Beispiel eine monolithisch integrierte IGBT-Zelle, und/oder Abwandlungen davon umfassen. Solche Dioden-/Transistorzellen können in einem Leistungshalbleitermodul integriert sein. Mehrere solcher Zellen können ein Zellenfeld bilden, das mit einem aktiven Gebiet der Leistungshalbleitervorrichtung angeordnet ist.
  • Der Begriff „Leistungshalbleitervorrichtung“, wie er in dieser Schrift verwendet wird, soll eine Halbleitervorrichtung auf einem einzelnen Chip mit Fähigkeiten zum Sperren einer hohen Spannung und/oder Führen eines hohen Stroms beschreiben. Mit anderen Worten ist eine solche Leistungshalbleitervorrichtung für einen hohen Strom, typischerweise im Ampere-Bereich, zum Beispiel bis zu mehreren Ampere oder mehreren Dutzend oder hundert Ampere, und/oder hohe Spannungen, typischerweise 100 V und darüber, zum Beispiel bis zu mindestens 400 V oder sogar noch mehr, zum Beispiel bis zu mindestens 3 kV oder sogar bis zu 10 kV oder mehr, bestimmt.
  • Zum Beispiel kann die nachfolgend beschriebene Leistungshalbleitervorrichtung eine Halbleitervorrichtung sein, die eine Streifenzellenkonfiguration oder eine zellenförmige Zellenkonfiguration aufweist und dazu konfiguriert ist, dass als eine Leistungskomponente in einer Anwendung mit einer niedrigen, mittleren und/oder hohen Spannung eingesetzt zu werden. Mehrere Einzelchip-Leistungshalbleitervorrichtungen können in einem Modul integriert sein, um eine Leistungshalbleitermodul, zum Beispiel ein RC-IGBT-Modul oder ein Diodenmodul, beispielsweise zur Installation und zur Verwendung in einer Anwendung mit einer niedrigen, mittleren und/oder hohen Spannung, wie zum Beispiel großen Haushaltsgeräten, einem Allzweckantrieb, einem Elektro-Antriebsstrang, Servoantrieben, Traktion, Einrichtungen für höhere Leistungsübertragung usw., zu bilden.
  • Zum Beispiel richtet sich der Begriff „Leistungshalbleitervorrichtung“, wie er in dieser Schrift verwendet wird, nicht auf logische Halbleitervorrichtungen, die zum Beispiel zum Speichern von Daten, Berechnen von Daten und/oder für andere Arten von halbleiterbasierter Datenverarbeitung verwendet werden.
  • 1 zeigt schematisch und beispielhaft einen Abschnitt einer horizontalen Projektion einer Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Die Leistungshalbleitervorrichtung 1 kann zum Beispiel eine Einzelchipdiode sein. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Leistungshalbleitervorrichtung 1 eine Einzelchip-RC-IGBT.
  • Zum Beschreiben der Konfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 1 wird im Folgenden auch auf die 2-5 Bezug genommen.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 1 umfasst ein aktives Gebiet 1-2 mit einem Diodenbereich 1-22 und optional einen IGBT-Bereich 1-21.
  • 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-IGBTs 1 bilden.
  • Wie hier verwendet, ist den Begriffen „Randabschlussgebiet“ und „aktives Gebiet“ die jeweilige technische Bedeutung zugeordnet, die ihnen der Fachmann im Zusammenhang mit Leistungshalbleitervorrichtungen, wie zum Beispiel Dioden und RC-IGBTs, in der Regel beimisst. Das heißt, das aktive Gebiet 1-2 ist in erster Linie zur Vorwärts- und Rückwärtslaststromleitung und optional zu Schaltzwecken konfiguriert, während das Randabschlussgebiet 1-3 in erster Linie Funktionen hinsichtlich zuverlässiger Blockierfähigkeiten, geeigneter Führung des elektrischen Felds, manchmal auch Ladungsträgerableitungsfunktionen und/oder weiteren Funktionen bezüglich Schutz und geeignetem Abschluss des aktiven Gebiets 1-2 dient.
  • Die vorliegende Schrift betrifft in erster Linie das aktive Gebiet 1-2.
  • Wie in 5 dargestellt ist, kann die Leistungshalbleitervorrichtung 1, wenn als ein RC-IGBT implementiert, mehrere im Wesentlichen gleich konfigurierte IGBT-Bereiche 1-21 und mehrere im Wesentlichen gleich konfigurierte Diodenbereiche 1-22 umfassen.
  • Die verschiedenen Bereiche 1-21 und 1-22 können innerhalb des aktiven Gebiets 1-2 lateral verteilt sein, wobei in den 1 und 5 ein paar schematische Beispiele dargestellt sind.
  • Bei einer Ausführungsform besteht das aktive Gebiet 1-2 aus einem oder mehreren Diodenbereiche in 1-22 und null oder mehr IGBT-Bereichen 1-21.
  • Es sollte jedoch auf der Hand liegen, dass gemäß einer oder mehreren hier beschriebenen Ausführungsformen der Diodenbereich 1-22 nicht in dem IGBT-Bereich 1-21 integriert ist; zum Beispiel umfassen die Mesateile (Bezugszahl 17) in dem Diodenbereich 1-22 nicht eine oder mehrere Source-Gebiete (Bezugszahl 101) vom ersten Leitfähigkeitstyp, die mit dem ersten Lastanschluss (Bezugszahl 11) elektrisch verbunden sind.
  • Der (die) Diodenbereich(e) 1-22, die nicht in dem (den) IGBT-Bereich(en) 1-21 integriert ist (sind) und die mit dem ersten Lastanschluss 11 über Source-Gebiete 101 vom ersten Leitfähigkeitstyp nicht elektrisch verbunden sind, bilden einen wesentlichen Teil (zum Beispiel einen Hauptteil) des aktiven Gebiets 1-2. Somit können die hier erwähnten Diodenbereiche 1-22 gemäß einer Ausführungsform jeweils vom „Nur-große-Diode“-Typ des aktiven Gebiets 1-2 sein.
  • Gemäß der in 1 dargestellten Variante umfasst das aktive Gebiet 1-2 einen Diodenbereich 1-22 bzw. besteht daraus. Gemäß 5 weist das aktive Gebiet 1-2 zusätzlich einen oder mehrere IGBT-Bereiche 1-21 auf. Gemäß Varianten (A), (B), (E), (F), (L) und (M) sind zum Beispiel zwei oder vier (oder mehr oder weniger) streifenförmige Diodenbereiche 1-22 in einem IGBT-Bereich 1-21 eingebettet, der an das Randabschlussgebiet 1-3 angekoppelt ist. Die streifenförmige Diodenbereiche 1-22 können hinsichtlich ihrer Größe (zum Beispiel Breite und/oder Länge) und Ausrichtung variieren. Ferner ist eine Kombination aus verschiedenen ausgerichteten streifenförmigen Diodenbereichen 1-22 möglich, wie bei den Varianten (C) und (D) beispielhaft dargestellt ist, zum Beispiel derart, dass ein zusammenhängender Diodenbereich 1-22 mit einer H-Struktur oder einer Ableitung davon erreicht wird. Bei anderen Ausführungsformen sind eine oder mehrere kreisförmige Diodenbereiche 1-22 in einem IGBT-Bereich 1-21 eingebettet, wie bei den Varianten (G), (H), (I), (N) und (O) dargestellt ist. Bei anderen Ausführungsformen sind eine oder mehrere beispielsweise streifenförmige IGBT-Bereiche 1-21 in einem zusammenhängenden Diodenbereich 1-22 eingebettet, wie bei den Varianten (J) und (K) dargestellt ist. Zusätzlich zu den in einem zusammenhängenden IGBT-Bereich 1-21 eingebetteten streifenförmigen Diodenbereichen 1-22 kann der IGBT-Bereich 1-21 auch von einem zusätzlichen, rahmenartigen Diodenbereich 1-22 umgeben sein, der an das Randabschlussgebiet 1-3 angekoppelt ist, vgl. Varianten (L), (M), (N) und (O).
  • Unabhängig von der gewählten lateral-räumlichen Verteilung der IGBT-Bereiche 1-21, Diodenbereiche 1-22 und entsprechenden Übergangsbereiche kann gewährleistet werden, dass bezüglich eines Volumens des aktiven Gebiets 1-2 das Verhältnis zwischen der Summe des IGBT-Bereichs bzw. der IGBT-Bereiche 1-21 und der Summe des Diodenbereichs bzw. der Diodenbereiche 1-22 mindestens 1,5:1 bzw. mindestens 2:1, bzw. größer oder gleich 2:1, beträgt. Das gewählte Verhältnis kann von der Anwendung abhängig sein, in der die Leistungshalbleitervorrichtung 1 eingesetzt wird. Bei einer Ausführungsform können mindestens 75% des Gesamtvolumens des aktiven Gebiets 1-2 zum Bilden des IGBT-Bereichs bzw. der IGBT-Bereiche eingenommen sein, und die verbleibenden 25% (oder ein geringerer Prozentanteil) des aktiven Gebiets 1-2 können zum Bilden des Diodenbereichs bzw. der Diodenbereiche 1-22 eingesetzt werden. Unabhängig von der gewählten lateralen Verteilung der IGBT-Bereiche 1-21 und der Diodenbereiche kann gemäß einer Ausführungsform gewährleistet werden, dass bezüglich eines Volumens des aktiven Gebiets 1-2 das Verhältnis zwischen dem (den) IGBT-Bereich(en) 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 Bezug genommen. Es versteht sich, dass die nachfolgenden Ausführungen in Bezug auf diese Bereiche 1-21, und 1-22 für jeden Bereich 1-21 bzw. 1-22 gelten können, die im aktiven Gebiet 1-2 bereitgestellt sind. Zum Beispiel kann, falls null oder mehr IGBT-Bereiche 1-21 bereitgestellt sind, jeder IGBT-Bereich 1-21 gleichermaßen konfiguriert 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 gleichermaßen konfiguriert sein (wobei sich zum Beispiel die Diodenbereiche 1-22 in der gesamten Lateralerstreckung unterscheiden können oder identische gesamte Lateralerstreckungen aufweisen können).
  • Nunmehr auch auf 2 Bezug nehmend, weist ein Halbleiterkörper 10 der Leistungshalbleitervorrichtung 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 durch den Rand 1-4 (vgl. 1 und 5)) 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, zum Beispiel an einer Mitte des aktiven Gebiets 1-2 gemessen.
  • Bei einer Ausführungsform beläuft sich eine Gesamtlateralerstreckung des IGBT-Bereichs 1-20 (falls vorhanden) auf mindestens 50% der Halbleiterkörperdicke d. Die Gesamtlateralerstreckung des IGBT-Bereichs 1-21 kann auch größer als 50% der Dicke d, zum Beispiel größer als 2*d oder sogar größer als 2,5*d sein.
  • Bei einer Ausführungsform beläuft sich die Gesamtlateralerstreckung des Diodenbereichs 1-22 auf mindestens 20% der Halbleiterkörperdicke d. Die Gesamtlateralerstreckung des Diodenbereichs 1-22 kann auch größer als 30% der Dicke d, zum Beispiel größer als 5*d oder sogar größer als kleines d sein. Zum Beispiel weist die Fläche des Horizontalquerschnitts des Diodenbereichs 1-22 eine sich auf mindestens die Halbleiterkörperdicke d belaufende Mindestlateralerstreckung auf.
  • Ein erster Lastanschluss 11 befindet sich auf der Halbleiterkörpervorderseite 110, und ein zweiter Lastanschluss 12 befindet sich auf der Halbleiterkörperrückseite 120.
  • Falls vorhanden ist der IGBT-Bereich 1-21 zum Leiten eines Vorwärtslaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12, wenn zum Beispiel das elektrische Potenzial am zweiten Lastanschluss 12 größer als das elektrische Potenzial am ersten Lastanschluss 11 ist, konfiguriert.
  • Der Diodenbereich 1-22 ist zum Leiten eines Diodenlaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12, wenn zum Beispiel das elektrische Potenzial am zweiten Lastanschluss 12 geringer als das elektrische Potenzial am ersten Lastanschluss 11 ist, konfiguriert. Wenn sowohl der Diodenbereich 1-22 als auch der IGBT-Bereich 1-21 im aktiven Gebiet 1-2 der Leistungshalbleitervorrichtung 1 implementiert sind, ist ein RC-IGBT gebildet, und der Diodenlaststrom kann somit als ein Rückwärtslaststrom betrachtet werden. Es sei jedoch wiederum hervorgehoben, dass Ausführungsformen auch Varianten umfassen, bei denen das aktive Gebiet 1-2 nur mit einem oder mehreren Diodenbereichen 1-22 und nicht mit irgendwelchen IGBT-Bereichen 1-21 ausgestattet ist. In den letzteren Fällen ist die Leistungshalbleitervorrichtung 1 somit eine Leistungshalbleiterdiode.
  • Bei einer Ausführungsform kann der Diodenbereich 1-22, der den Diodenlaststrom führt, von dem IGBT-Bereich 1-21, der den Vorwärtslaststrom führt, räumlich getrennt sein. Wie oben angeführt wurde, ist der Diodenbereich 1-22 gemäß einigen Ausführungsformen nicht Teil des IGBT-Bereichs 1-21, sondern davon getrennt und beinhaltet auch nicht irgendein Source-Gebiet 101 vom ersten Leitfähigkeitstyp, das mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden ist; stattdessen ist der Diodenbereich 1-22 ein Nur-Große-Diode-Bereich des aktiven Gebiets 1-2.
  • Des Weiteren ist der Diodenbereich 1-22 bei einer Ausführungsform von einem Steuersignal (zum Beispiel dem den nachfolgend erwähnten Elektroden 141 zugeführten Steuersignal) unabhängig. Dies bedeutet, dass der Diodenbereich 1-22 so konfiguriert sein kann, dass er den Diodenlaststrom führt, sobald das elektrische Potenzial (von der typischen Polarität) am zweiten Lastanschluss 12 (zum Beispiel zumindest um die innere Schwellenspannung des Diodenbereichs) geringer als das elektrische Potenzial am ersten Lastanschluss 11 ist, unabhängig von dem dem IGBT-Bereich 1-21 (falls überhaupt vorhanden) zugeführten Steuersignal.
  • Falls die Leistungshalbleitervorrichtung als ein RC-IGBT implementiert ist, kann sie ferner einen Steueranschluss 13 zum Steuern des Vorwärtslaststroms umfassen. Der Steueranschluss 13 kann auch an der Vorderseite 110 angeordnet sein.
  • Gemäß der typischerweise mit RC-IGBTs assoziierten Terminologie kann der Steueranschluss 13 ein Gate-Anschluss sein, kann der erste Lastanschluss 11 ein Emitter-(Source-)Anschluss sein und kann der zweite Lastanschluss 12 kann ein Kollektor-(Drain-)Anschluss sein.
  • Gemäß der typischerweise mit Dioden assoziierten Terminologie (wo der Steueranschluss 13 nicht zwangsweise vorhanden ist) kann der erste Lastanschluss 11 ein Anodenanschluss sein und kann der zweite Lastanschluss 12 ein Kathodenanschluss sein.
  • Zum Beispiel umfasst der erste Lastanschluss 11 eine Vorderseitenmetallisierung und/oder umfasst der zweite Lastanschluss 12 eine Rückseitenmetallisierung. Zum Beispiel ist der erste Lastanschluss 11 ein Emitteranschluss und ist der zweite Lastanschluss 12 ist ein Kollektoranschluss. An der Vorderseite 110 kann der Halbleiterkörper 10 an die Vorderseitenmetallisierung ankoppeln. An der Rückseite 120 kann der Halbleiterkörper 10 an die Rückseitenmetallisierung ankoppeln.
  • Bei einer Ausführungsform überlappt sich der erste Lastanschluss 11 (zum Beispiel 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, zum Beispiel um lokale Kontakte mit dem Halbleiterkörper 10 an der Vorderseite 110 herzustellen. Wie zum Beispiel in den 3 und 4 beispielhaft dargestellt ist, können die lokalen Kontakte mit Hilfe von Kontaktstopfen 111 eingerichtet werden, die eine Isolationsstruktur 13 durchdringen, um die Mesateile 17 zu kontaktieren.
  • Analog dazu überlappt sich bei einer Ausführungsform der zweite Lastanschluss 12 (zum Beispiel 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, zum Beispiel um einen lateral homogenen Kontakt (das heißt eine durchgehende Kontaktfläche) mit dem Halbleiterkörper 10 an der Rückseite 120 einzurichten. Solch eine homogene Struktur kann auch in Gebieten realisiert werden, in denen sich 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 (falls vorhanden) 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. Wenn als RC-IGBT implementiert, kann diese laterale Begrenzung zum Beispiel durch ein äußerstes Source-Gebiet bzw. durch äußerste Source-Gebiete 101 (vgl. nachstehende ausführlichere Erläuterung) definiert sein. Zum Beispiel sind alle Funktionselemente zum Ermöglichen des Leitens des Diodenlaststroms (und optional) des Vorwärts(IGBT)-Laststroms in einer vertikalen Projektion des aktiven Gebiets 1-2 der Leistungshalbleitervorrichtung 1 vorhanden, zum Beispiel einschließlich mindestens des ersten Lastanschlusses 11 (zum Beispiel eines Vorderseitenmetallkontakts desselben, zum Beispiel eines oder mehrere der Kontaktstopfen 111), eines Source-Gebiets/Source-Gebieten 101, eines Bodygebiets 102, eines Drift-Gebiets 100, eines IGBT-Emittergebiets 103, eines Dioden-Kathodengebiets 104 und des zweiten Lastanschlusses 12 (zum Beispiel eines Rückseitenmetalls 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, zum Beispiel in Bezug auf eine zentrale Vertikalachse der Leistungshalbleitervorrichtung 1.
  • Des Weiteren 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 erläutert wurde, kann die laterale Begrenzung des aktiven Gebiets 1-2 an der Vorderseite 110 definiert sein, und eine vertikale Projektion entlang der Vertikalrichtung Z einer so definierten lateralen Begrenzung ist folglich an der Rückseite 120 zu sehen, wobei der zweite Lastanschluss 12 an der Rückseite 120 zum Beispiel lateral unstrukturiert, aber homogen ausgebildet ist.
  • Nunmehr auch auf die 3, 4 und 6 Bezug nehmend, sind mehrere Gräben 14, 15, 16 jeweils im Diodenbereich 1-22 und, falls vorhanden, auch im IGBT-Bereich 1-21 angeordnet. Jeder Graben 14, 15, 16 erstreckt sich von der Vorderseite 110 entlang der Vertikalrichtung Z in den Halbleiterkörper 10 und umfasst eine durch einen jeweiligen Grabenisolator 142, 152, 162 von dem Halbleiterkörper 10 isolierte jeweilige Grabenelektrode 141, 151, 161, wobei zwei benachbarte Gräben einen betreffenden Mesateil 17 im Halbleiterkörper 10 definieren.
  • Die Gräben 14, 15, 16 können jeweils eine Streifenkonfiguration aufweisen, wie es zum Beispiel am besten in einer der horizontalen/perspektivischen Projektionen, zum Beispiel in den 8-10 und 12, gezeigt ist, was bedeutet, dass die jeweilige Grabenlänge (zum Beispiel entlang der zweiten Lateralrichtung Y) viel größer als die jeweilige Grabenbreite (zum Beispiel entlang der ersten Lateralrichtung X) ist.
  • Wie weiter unten noch erläutert wird, können in den Bereichen 1-21 und/oder verschiedene Grabentypen bereitgestellt sein.
  • Ein erster Grabentyp kann der Steuergraben 14 sein, dessen Grabenelektrode 141 mit dem Steueranschluss 13 elektrisch verbunden ist und folglich als Steuerelektrode 141 bezeichnet wird.
  • Ein zweiter Grabentyp kann der Source-Graben 16 sein, dessen Grabenelektrode 161 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch 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. Zum Beispiel ist der Graben 15 bei einer Ausführungsform ein floatender Graben, und die Grabenelektrode 151 ist mit keinem definierten elektrischen Potenzial verbunden, sondern elektrisch floatend. Zum Beispiel ist bei einer anderen Ausführungsform der Graben 15 ein Dummy-Graben, und die Grabenelektrode 151 ist mit dem Steueranschluss 13 elektrisch verbunden, steuert aber nicht direkt die Leitung des Vorwärtslaststroms, da kein elektrisch verbundenes Source-Gebiet 101 (mit dem ersten Lastanschluss verbunden) neben dem Graben 15 angeordnet ist. Bei noch einer anderen Ausführungsform ist die Grabenelektrode 151 mit einem elektrischen Potenzial verbunden, das von dem elektrischen Potenzial des Steueranschlusses 13 verschieden ist und von dem elektrischen Potenzial des ersten Lastanschlusses 11 verschieden ist.
  • Jeder Grabentyp kann breitenmäßig (entlang der ersten Lateralrichtung X) und tiefenmäßig (entlang der Vertikalrichtung Z, zum Beispiel Distanz zwischen Vorderseite 110 bis zum Grabenboden) und/oder längenmäßig (entlang der zweiten Lateralrichtung Y) die gleichen Maße aufweisen.
  • Falls vorhanden kann der IGBT-Bereich 1-21 mehrere IGBT-Zellen umfassen, wobei jede IGBT-Zelle ein bestimmtes Grabenmuster aufweist, das heißt eine laterale Folge von Gräben spezieller Typen, zum Beispiel 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, das heißt eine laterale Folge von Gräben spezieller Typen, zum Beispiel einen oder mehr Source-Gräben 16, null oder mehr andere Gräben 15 und null oder mehr Steuergräben 14.
  • Wie oben angeführt wurde, sind die Gräben 14, 15, 16 bei einer Ausführungsform sowohl in dem Diodenbereich 1-22 als auch dem IGBT-Bereich 1-21 angeordnet. Zum Beispiel sind die Gräben 14, 15, 16 sowohl in dem IGBT-Bereich 1-21 als auch dem Diodenbereich 1-22 gemäß der gleichen lateralen Grabenteilung lateral nebeneinander angeordnet; das heißt die laterale Grabenteilung (das heißt, die Distanz zwischen zwei benachbarten Gräben) verändert sich nicht zwischen den Bereichen 1-21 und 1-22.
  • Unabhängig von dem Vorhandensein/Fehlen des IGBT-Bereichs 1-21 kann die laterale Grabenteilung eine laterale Distanz zwischen zwei benachbarten Gräben von nicht mehr als 1/30 der Halbleiterkörperdicke d definieren. Zum Beispiel können die lateralen Breiten der Mesateile 17 sowohl im 1-Diodenbereich 22 als auch im IGBT-Bereich 1-21 miteinander identisch sein.
  • Des Weiteren 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 versetzt.
  • Folglich liegt die Breite jedes Mesateils 17 innerhalb des durch die laterale Grabenteilung definierten Bereichs.
  • Wie oben erläutert wurde, kann die laterale Grabenteilung für beide Bereiche 1-21 und 1-22 identisch sein. Das bedeutet, dass die durchschnittliche Dichte von Grabenelektroden für beide Bereiche 1-21 und 1-22 auch identisch sein kann. Das Grabenmuster, zum Beispiel die Anordnung der verschiedenen Typen von Gräben, kann zwischen den Bereichen 1-21 und 1-22 jedoch variieren. Eine beispielhafte Variation besteht darin, dass die Dichte der Steuerelektroden 141 in dem IGBT-Bereich 1-21 mindestens doppelt so hoch wie die Dichte der Steuerelektroden 141 im Diodenbereich 1-22 (die sogar null betragen kann) ist.
  • Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Dichte“ auf die Anzahl von Steuerelektroden 141 (oder auch mit dem Steueranschluss 13 verbundenen Dummy-Elektroden 151) geteilt durch die Gesamtzahl von im jeweiligen Bereich 1-21, 1-22 vorhandenen Grabenelektroden.
  • In 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. Zum Beispiel beträgt die Gesamtzahl von Grabenelektroden im Diodenbereich 1-22 100, und nicht mehr als zehn Grabenelektroden sind Steuerelektroden 141, was eine Steuerelektrodendichte von nicht mehr als 10% ergibt.
  • Bei einer Ausführungsform sind mindestens 50% der Grabenelektroden der Gräben im Diodenbereich 1-22 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden, das heißt mindestens 50% der Grabenelektroden der Gräben im Diodenbereich 1-22 sind Grabenelektroden 161 der Source-Gräben 16.
  • Die Gräben im Diodenbereich 1-22 sind entweder Source-Gräben 16 oder floatende Gräben 15, zum Beispiel sind alle der Gräben im Diodenbereich 1-22 Source-Gräben 16. Ferner können alle oder einige Mesateile 17 im Diodenbereich 1-22 mit dem ersten Lastanschluss 11 beispielsweise mittels der Kontaktstopfen 111 elektrisch verbunden sein.
  • Im Gegensatz dazu können die Grabentypen in dem (optionalen) IGBT-Bereich 1-21 variieren; gemäß einer Ausführungsform kann zur Bildung von IGBT-Zellen ein sich nachfolgend wiederholendes, „kGkSoSoSoSoS“ entsprechendes Graben-Mesa-Muster eingesetzt werden, wovon eines in 7 dargestellt ist, wobei „k“ einen mit dem ersten Lastanschluss 11 verbundenen Mesateil 17 bezeichnet, „o“ einen nicht mit dem ersten Lastanschluss 11 verbundenen Mesateil 17 bezeichnet (das heißt der Übergang zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem Mesateil 17 entlang der Vertikalrichtung Z ist nicht leitend), „G“ einen Gate-Graben 14 bezeichnet und „S“ einen Source-Graben 16 bezeichnet. Zum Beispiel könnte ein Dummy-Graben 15 (der mit einem zwischen nicht kontaktierten Mesateilen 17 angeordneten Gate-Graben identisch ist) in dem Muster des Diodenbereichs 1-22 und/oder in dem Muster des IGBT-Bereichs 1-21 enthalten sein.
  • Weiterhin auf die 3, 4 und 6 und zusätzlich auf 7 Bezug nehmend, umfasst die Leistungsarbeit der Vorrichtung 1 ferner ein Drift-Gebiet 100 vom ersten Leitfähigkeitstyp, das im Halbleiterkörper 10 ausgebildet ist und sich in den Diodenbereich 1-22 und, falls vorhanden, auch in den IGBT-Bereich 1-21 erstreckt.
  • Ein Bodygebiet 102 vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist in den Mesateilen 17 des Halbleiterkörpers 10 ausgebildet und in den Diodenbereich 1-22 und, falls vorhanden, auch in den IGBT-Bereich 1-21. den Übergangsbereich 1-23. Zumindest Teile des Bodygebiets 102 sind mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden. Das Bodygebiet 102 kann pn-Übergänge mit Teilbereichen der Mesateile 17 vom ersten Leitfähigkeitstyp bilden. Zum Beispiel ist, wie nachstehend beschrieben wird und in den Zeichnungen (zum Beispiel 7) dargestellt ist, nicht in jedem Mesateil 17 der jeweilige Teil des Bodygebiets 102 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden.
  • In dem IGBT-Bereich 1-21 sind Source-Gebiete 101 vom ersten Leitfähigkeitstyp an der Vorderseite 110 angeordnet und mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden. Die Source-Gebiete 101 sind zum Beispiel nur lokal im IGBT-Bereich 1-21 bereitgestellt und erstrecken sich zum Beispiel nicht in den Diodenbereich 1-22.
  • Das Bodygebiet 102 kann zum Beispiel mittels der Kontaktstopfen 111 in elektrischem Kontakt mit dem ersten Lastanschluss 11 angeordnet sein. In jeder IGBT-Zelle des IGBT-Bereichs 1-21 kann ferner mindestens ein Source-Gebiet 101 vom ersten Leitfähigkeitstyp zum Beispiel ebenfalls mittels der Kontaktstopfen 111 in elektrischem Kontakt mit dem ersten Lastanschluss 11, bereitgestellt sein. Ein Großteil des Halbleiterkörpers 10 ist als Drift-Gebiet 100 vom ersten Leitfähigkeitstyp gebildet, das an das Bodygebiet 102 ankoppeln und einen pn-Übergang mit diesem bilden kann. Das Bodygebiet 102 isoliert die Source-Gebiete 101 vom Drift-Gebiet 100.
  • Bei Empfang eines entsprechenden Steuersignals, zum Beispiel von einer nicht dargestellten Gate-Treibereinheit 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 mindestens eines Teils des Vorwärtslaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss konfiguriert sein.
  • Die oben beschriebene grundlegende Konfiguration der IGBT-Zellen in dem (optionalen) IGBT-Bereich 1-21 der Leistungshalbleitervorrichtung 1 ist als solche dem Fachmann bekannt, und die vorliegende Schrift verwendet den Begriff „IGBT-Zelle“ im Umfang der technischen Bedeutung, die ihr der Fachmann typischerweise beimisst.
  • Bei einer Ausführungsform erstreckt sich das Drift-Gebiet 100 entlang der Vertikalrichtung Z, bis es an eine Feldstoppschicht 108 ankoppelt, wobei die Feldstoppschicht 108 ebenfalls vom ersten Leitfähigkeitstyp ist, verglichen mit dem Drift-Gebiet 100 aber eine höhere Dotierstoffdosis aufweist. Die Feldstoppschicht 108 ist typischerweise von wesentlich kleinerer Dicke als das Drift-Gebiet 100.
  • Das Drift-Gebiet 100 oder, falls 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 oder ein Dioden-Kathodengebiet 104 des Diodenbereichs 1-22 ankoppelt.
  • Das Dioden-Kathodengebiet 104 ist vom ersten Leitfähigkeitstyp und mit dem zweiten Lastanschluss 12 elektrisch verbunden und zum Beispiel mittels der Feldstoppschicht 108 mit dem Drift-Gebiet 100 gekoppelt.
  • Das IGBT-Emittergebiet 103 ist vom zweiten Leitfähigkeitstyp und mit dem zweiten Lastanschluss 12 elektrisch verbunden und zum Beispiel mittels der Feldstoppschicht 108 mit dem Drift-Gebiet 100 gekoppelt.
  • Sowohl das IGBT-Emittergebiet 103 des IGBT-Bereichs 1-21 als auch das Dioden-Kathodengebiet 104 des Diodenbereichs 1-22 können jeweils in elektrischem Kontakt mit dem zweiten Lastanschluss 12 angeordnet sein.
  • Insgesamt kann das IGBT-Emittergebiet 103 als Emitter vom zweiten Leitfähigkeitstyp wirken. Ferner umfasst, obgleich die Leistungshalbleitervorrichtung 1 als ein RC-IGBT 1 implementiert sein kann, das IGBT-Emittergebiet 103 bei einigen Ausführungsformen keinen Bereich vom ersten Leitfähigkeitstyp, 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 einigen Ausführungsformen ausschließlich im Diodenbereich 1-22 ausgebildet.
  • Es sei wieder betont, dass die Leistungshalbleitervorrichtung 1 als eine Leistungshalbleiterdiode ohne irgendeine IGBT-Zelle, das heißt ohne irgendein Source-Gebiet 101, ohne irgendeinen Steuergraben 14 und ohne irgendein IGBT-Emittergebiet 103, implementiert sein kann.
  • Bei einer Ausführungsform kann die durchschnittliche Dotierstoffkonzentration des Drift-Gebiets 100 im Bereich von 1012 cm-3 bis 1014 cm-3 liegen.
  • Bei einer Ausführungsform kann die Dotierstoffkonzentration jedes (optionalen) Source-Gebiete 101 im Bereich von 1019 cm-3 bis 1021 cm-3 liegen.
  • Bei einer Ausführungsform kann die Dotierstoffkonzentration jedes Bodygebiets 102 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 (optionalen) 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 den 3 und 4 dargestellten Grabenmuster nur beispielhaft sind; andere Grabenmuster werden mit Bezug auf andere Zeichnungen beschrieben.
  • Bei einer Ausführungsform ist der Diodenbereich 1-22 nicht mit Source-Gebieten 101 ausgestattet; zum Beispiel ist im Diodenbereich 1-22 kein dotiertes Halbleitergebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp mit dem ersten Lastanschluss elektrisch verbunden. Vielmehr ist zum Bilden der Diodenkonfiguration in dem Diodenbereich 1-22 zum Leiten des Rückwärtslaststroms nur das Bodygebiet 102 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden, wobei das Bodygebiet 102 einen pn-Übergang mit zum Beispiel dem Drift-Gebiet 100 (oder, sofern vorhanden, dem weiteren Barrieregebiet 107) bildet, und entlang der Vertikalrichtung Z zum zweiten Lastanschluss 12 hin liegt ein Halbleiterpfad nur vom ersten Leitfähigkeitstyp vor, der nicht durch weitere Gebiete vom zweiten Leitfähigkeitstyp unterbrochen ist.
  • Wie oben erläutert wurde, umfasst gemäß einer Ausführungsform der optionale IGBT-Bereich 1-21 im Gegensatz zum Diodenbereich 1-22 mindestens eine IGBT-Zelle mit einem mit dem ersten Lastanschluss 11 verbundenen und einem der Steuergräben 14 benachbart angeordneten und durch das Bodygebiet 102 vom Drift-Gebiet 100 (oder, sofern vorhanden, von dem noch weiteren Barrieregebiet 106) isolierten Teil des Source-Gebiets 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 bzw. äußerstes Source-Gebiete 101 definiert sein. Zum Beispiel sind alle funktionalen Elemente zum Ermöglichen des Leitens des Vorwärtslaststroms in einer vertikalen Projektion des IGBT-Bereichs 1-21 der Leistungshalbleitervorrichtung 1 vorhanden, zum Beispiel einschließlich mindestens des ersten Lastanschlusses 11 (zum Beispiel eines Vorderseitenmetallkontakts desselben, zum Beispiel eines oder mehrerer der Kontaktstopfen 111), des Source-Gebiet Gebiets/den Source-Gebieten 101, des Bodygebiets 102, dem Drift-Gebiets 100, des IGBT-Emittergebiets 103 und des zweiten Lastanschlusses 12 (zum Beispiel eines Rückseitenmetalls desselben). Weiterhin können sich diese funktionalen Elemente entlang der gesamten Lateralerstreckung GLE1 des IGBT-Bereichs 1-21 erstrecken.
  • Bei einer Ausführungsform sind die Kontaktstopfen 111 Teil einer Kontaktstopfenstruktur 111 der Leistungshalbleitervorrichtung 1. Jeder Kontaktstopfen 111 kann dazu konfiguriert sein, Kontakt mit einem jeweiligen Mesateil 17 herzustellen, um den jeweiligen Mesateil 17 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch zu verbinden. Wie dargestellt ist, kann sich jeder Kontaktstopfen 111 von der Vorderseite 110 entlang der Vertikalrichtung Z in den jeweiligen Mesateil 17 erstrecken. Weitere beispielhafte Aspekte der Kontaktstopfenstruktur werden unten beschrieben.
  • Nunmehr ausführlicher auf 7 Bezug nehmend, umfasst die Leistungshalbleitervorrichtung 1 in dem Diodenbereich 1-22 (und unabhängig von dem Vorhandensein/Fehlen des optionalen IGBT-Bereichs 1-21) eine Barrieregebiet 107 von der ersten Leitfähigkeit zwischen dem Bodygebiet 102 und dem Drift-Gebiet 100.
  • Das Barrieregebiet 107 weist eine Dotierstoffkonzentration auf, die mindestens 100 mal größer als die durchschnittliche Dotierstoffkonzentration des Drift-Gebiets 100 ist. Zum Beispiel weist das Barrieregebiet 107 eine Spitzendotierstoffkonzentration auf, die mindestens 100 mal größer als die durchschnittliche Dotierstoffkonzentration des Drift-Gebiets 100 ist. Zum Beispiel wird die Dotierstoffkonzentration des Drift-Gebiets 100 in einem Bereich des Drift-Gebiets 100 unter den Grabenböden bestimmt.
  • Des Weiteren weist das Barrieregebiet 107 eine Dotierstoffkonzentration auf, die größer als eine Dotierstoffdosis des Bodygebiets 102 ist; zum Beispiel ist die Barrieregebietdotierstoffdosis größer als 1,5* der Bodygebietdotierstoffdosis.
  • Hier sei daraufhingewiesen, dass die in den vorherigen Absätzen erwähnten Dotierstoffkonzentrationen beide mit der Dotierstoffkonzentration von Dotierstoffen vom ersten Leitfähigkeitstyp in Zusammenhang stehen; zum Beispiel ist das Barrieregebiet 107 ein n-Barrieregebiet 107, und das Drift-Gebiet 100 ist ein n-Driftgebiet 100. Die Dotierstoffdosis des Bodygebiets 102 steht hingegen mit der Dotierstoffkonzentration von Dotierstoffen vom zweiten Leitfähigkeitstyp im Zusammenhang, während die Dotierstoffdosis des Barrieregebiets 107 mit der Dotierstoffkonzentration von Dotierstoffen vom ersten Leitfähigkeitstyp in Zusammenhang steht.
  • Zum Beispiel ist jede der hier angeführten Dotierstoffdosen durch die Dotierstoffkonzentration, integriert entlang der Vertikalrichtung Z (die von dem ersten Lastanschluss 11 zu dem zweiten Lastanschluss 12 zeigt) definiert.
  • Ferner können die hier erwähnten Dotierstoffdosen als die entlang einer Distanz von mindestens 5 µm oder einer Breite eines Mesateils 17 in mindestens einer der Lateralrichtungen X/Y senkrecht zu der Vertikalrichtung Z gemittelte Dotierstoffdosis definiert sein. Die jeweilige Dotierstoffdosis kann sogar durch die entlang der Gesamtlateralerstreckung des jeweiligen Gebiets bzw. des respektiven Volumens in der Lateralrichtung X/Y gemittelte Dotierstoffdosis definiert sein. Zum Beispiel wird zu Vergleichszwecken die Dotierstoffdosis des Barrieregebiets 107 entlang der gleichen lateralen und vertikalen Distanz bestimmt wie die Dotierstoffdosis des Bodygebiets 102 im Diodenbereich 1-22. Beim Bestimmen der Dotierstoffdosis des Barrieregebiets 107 werden des Weiteren die nachfolgend erwähnten Aussparungen 1071 nicht berücksichtigt; das heißt der Integrationspfad überquert nicht die Aussparungen 1071, sondern nur jene Mesateile, wo das Barrieregebiet 107 implementiert ist. Zum Beispiel wird die Dotierstoffdosis des Bodygebiets 102 in einem Teil des Bodygebiets 102 bestimmt, indem die Dotierstoffkonzentration entlang einem vertikalen Pfad zwischen der Vorderseite 110 und dem pn-Übergang 1021 integriert wird, wobei die optional vorliegenden sehr hoch dotierten Teilgebiete (zum Beispiel mit Konzentrationen von über 1*1018, die typischerweise nahe der Vorderseite angeordnet sind, um den elektrischen Kontakt mit den Kontaktstopfen 111 herzustellen) nicht berücksichtigt werden ; das heißt, der Integrationspfad beinhaltet nicht solche optionalen hochdotierten Kontaktteilabschnitte des Bodygebiets 102.
  • Ferner bezieht sich der Begriff „Dotierstoffdosis“ auf elektrisch aktive Dotierstoffe des gleichen Leitfähigkeitstyps. Folglich kann eine Änderung der Dotierstoffdosis auch dadurch erzielt werden, dass die Dosis von einem Dotierstofftyp in beiden Teilen konstantgehalten wird und eine Gegendotierung und/oder Schadensdotierung angewandt wird. Auf solche Weisen kann auch eine Differenz zwischen den (Netto-)Dotierstoffdosen erzielt werden.
  • Ferner versteht sich, dass sich der Integrationspfad gemäß dem die Dotierstoffdosis bestimmt wird, nicht über die Begrenzungen des relevanten Halbleiterteils hinaus erstreckt.
  • Zum Beispiel kann sich die Spitzendotierstoffkonzentration des Barrieregebiets 107 auf mindestens 1*1015cm-3, auf mindestens 1*1016cm-3 oder sogar auf mehr als 5*1017cm-3 belaufen.
  • Wie oben angeführt wurde, kann die durchschnittliche Dotierstoffkonzentration des Drift-Gebiets 100 im Bereich von 1*1012cm-3 bis 1*1014cm-3 liegen.
  • Zum Beispiel kann sich die Dotierstoffdosis des Barrieregebiets 107 auf mindestens 1*1012cm-2, auf mindestens 5*1012cm-2 oder sogar auf mehr als 2*1013cm-2 belaufen.
  • Zum Beispiel kann die Dotierstoffdosis des Bodygebiets 102 im Bereich von 1*1012cm-2 bis 5*1012cm-2 oder im Bereich von 5*1012cm-2 bis 3*1013cm-2 liegen. Hier sei darauf hingewiesen, dass das Bodygebiet 102 gleichermaßen sowohl im Diodenbereich 1-22 als auch im (optionalen) IGBT-Bereich 1-21 konfiguriert sein kann. Zum Beispiel ist das Bodygebiet 102 bezüglich des Diodenbereichs 1-22 und des IGBT-Bereichs 1-21 nicht lateral strukturiert. Folglich kann die oben angeführte Dotierstoffdosis des Bodygebiets 102 gleichermaßen im Diodenbereich 1-22 und im IGBT-Bereich 1-21 vorhanden sein.
  • In den Bereichen, in denen das Barrieregebiet 107 implementiert ist (wiederum ohne Berücksichtigung der Aussparungen 1071) kann die Dotierstoffdosis des Barrieregebiets 107 lateral homogen sein. Das bedeutet, dass das Barrieregebiet 107 lokal ohne eine VLD-Konfiguration vorgesehen sein kann. Nichtsdestotrotz kann, wie weiter unten erläutert wird, aufgrund der lateralen Struktur des Barrieregebiets 107, zum Beispiel mittels der Aussparungen 1071, gewährleistet werden, dass bei Betrachtung der gesamten Fläche des horizontalen Querschnitts des Diodenbereichs 1-22 die effektive n-Dotierstoff-Dosis in Richtung des peripheren Teils (vgl. Bezugszahl 1-222 in 15) des Diodenbereichs 1-22 abnimmt.
  • Zusätzlich zu der vergleichsweise hohen Dotierstoffdosis und Dotierstoffkonzentration, wie oben beispielhaft beschrieben wurde, weist das Barrieregebiet 107 eine laterale Struktur auf.
  • Gemäß der lateralen Struktur des Barrieregebiets 107 sind mindestens 50% oder mindestens 70% des Bodygebiets 102 im Diodenbereich 1-22 mindestens mittels des Barrieregebiets 107 mit dem Drift-Gebiet 100 gekoppelt. Zum Beispiel sind mindestens 80% des Bodygebiets 102 im Diodenbereich 1-22 mindestens mittels des Barrieregebiets 107 mit dem Drift-Gebiet 100 gekoppelt.
  • Gemäß der lateralen Struktur des Barrieregebiets 107 sind mindestens 5% des Bodygebiets 102 im Diodenbereich 1-22 ohne das Barrieregebiet 107 mit dem Drift-Gebiet 100 gekoppelt.
  • Hier sei darauf hingewiesen, dass sich das Bodygebiet 102 über die gesamte Lateralerstreckung des Diodenbereichs 1-22 erstrecken kann, beispielsweise ohne lateral strukturiert zu sein, wobei es natürlich durch die Gräben 14, 15, 16 unterbrochen ist. Die oben angeführten Prozent Werte können sich auf eine untere „Grenzfläche“ des Bodygebiets 102 beziehen, die entweder an das Drift-Gebiet 100 oder an das Barrieregebiet 107 angekoppelt ist.
  • Bei einer Ausführungsform wird die Kopplung zwischen dem Bodygebiet 102 und dem Drift-Gebiet 100 (mit dem oder ohne das Barrieregebiet 107) in den Mesateilen 17 hergestellt. Folglich kann in jedem Mesateil 17 die Kopplung mit dem Bodygebiet 107 entweder durch das Drift-Gebiet 100, das sich in den jeweiligen Mesateil 17 erstreckt, oder durch das Barrieregebiet 107, das sich in den jeweiligen Mesateil 17 erstreckt, gebildet sein.
  • Auf 7 Bezug nehmend, erstreckt sich das Barrieregebiet 107 als ein Beispiel in dem Diodenbereich 1-22 nur in ausgewählten Bereichen der Mesateile 17. Zum Beispiel ist das Barrieregebiet 107 in einigen Mesateilen 17 des Diodenbereichs 1-22 nicht bzw. nur teilweise (bezüglich der Gesamtlateralerstreckung entlang der zweiten Lateralrichtung Y des jeweiligen Mesateils 17) vorgesehen. Wenn das Barrieregebiet 107 in einem Mesateil 17 vorgesehen ist, erstreckt es sich entlang der gesamten Breite (entlang der ersten Lateralrichtung X) dieses Mesateils 17.
  • Gemäß der lateralen Struktur des Barrieregebiets 107 bildet das Barrieregebiet 107 bei einer Ausführungsform eine laterale Überlappung mit mindestens 70%, zum Beispiel mindestens 70% bis 95%, der Fläche des Horizontalquerschnitts des Diodenbereichs 1-22. Zum Beispiel ist das Bodygebiet 102 im Diodenbereich 1-22 mindestens mittels des Barrieregebiets 107, wo die laterale Überlappung hergestellt ist, mit dem Drift-Gebiet 100 gekoppelt. An den verbleibenden 5% bis 30% der Fläche des Horizontalquerschnitts des Diodenbereichs 1-22, wo keine Überlappung hergestellt ist, bilden die mit Teilen des Drift-Gebiets 100 gefüllten Aussparungen 1071 den pn-Übergang mit dem Bodygebiet 102.
  • Demgemäß überlappen sich bei einer Ausführungsform die Aussparungen 1071 des Barrieregebiets 107 (das bedeutet: Teilgebiete, in denen das vergleichsweise hochdotierte Barrieregebiet 107 nicht vorgesehen ist) lateral mit den mindestens 5% des Bodygebiets 102 im Diodenbereich 1-22, die ohne das Barrieregebiet 107 mit dem Drift-Gebiet 100 gekoppelt sind.
  • Wie oben erläutert wurde, wird die laterale Distanz zwischen zwei benachbarten Gräben durch die (laterale) Grabenteilung eines Musters der Gräben 16 im Diodenbereich 1-22 definiert.
  • Gemäß der lateralen Struktur des Barrieregebiets 107 wird bei einer Ausführungsform eine laterale Distanz zwischen zwei benachbarten Aussparungen 1071 des Barrieregebiets 107 durch eine Barriereteilung eines Musters des Barrieregebiets 107 definiert. Das Muster kann die laterale Struktur des Barrieregebiets 107 definieren. Zum Beispiel ist ein Minimum der Barriereteilung größer als ein Minimum der Grabenteilung. Beispielsweise auf 7 als ein Beispiel Bezug nehmend, ist das Minimum der Grabenteilung ungefähr doppelt so groß wie das Minimum der Barriereteilung. In einfachen Worten, das Barrieregebiet 107 kann im Vergleich zu der Struktur des Grabenmusters eine gröbere laterale Struktur aufweisen.
  • Gleichzeitig kann das Minimum der Barriereteilung kleiner als 50% der Dicke d des Halbleiterkörpers 10 oder sogar kleiner als 25% der Dicke d oder sogar geringer als 10% der Dicke d (das heißt kleiner als 0,1*d) sein. Unter Bezugnahme auf 7 kann sich die Barriereteilung zum Beispiel auf ungefähr die Summe der Breite eines Grabens 16 und der Breite eines Mesateil 17 belaufen.
  • Hinsichtlich der Verarbeitung des Barrieregebiets 107 mit der lateralen Struktur, beispielsweise mittels Implantation, ist es möglich, dass die Lateralerstreckungsrichtung des Barrieregebiets 107 orthogonal zu der Lateralerstreckung des Grabenmusters angeordnet ist. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Lateralerstreckungsrichtung des Barrieregebiets 107 parallel zu der Lateralerstreckung des Grabenmusters angeordnet. Der letztere Fall wird zum Beispiel in 7 dargestellt. Die orthogonale Anordnung ist in 10 beispielhaft dargestellt; dort wird die laterale Struktur des Barrieregebiets 107 durch eine oder mehrere Aussparungen 1071 erreicht, die entlang der Lateralerstreckung des Mesateils 17 in der zweiten Lateralrichtung Y vorgesehen sind. Natürlich ist auch eine laterale Struktur des Barrieregebiets 107, bei der Kombinationen aus den parallelen und orthogonalen Anordnungen hergestellt sind, möglich.
  • Wie oben angeführt wurde und auch in 7 dargestellt ist, kann die Leistungshalbleitervorrichtung 1 in dem aktiven Gebiet 1-2 und zusätzlich zu dem Diodenbereich 1-22 den bzw. die IGBT-Bereich(e) umfassen. Zum Beispiel ist die Leistungshalbleitervorrichtung in diesem Fall eine RC-IGBT. Gemäß der lateralen Struktur des Barrieregebiets 107 sind bei einer Ausführungsform mindestens 90% des Bodygebiets 102 in dem IGBT-Bereich 1-21 ohne das Barrieregebiet 107 mit dem Drift-Gebiet 100 gekoppelt. Folglich erstreckt sich das Barrieregebiet 107 in einem Beispiel im Wesentlichen nicht in den IGBT-Bereich 1-21. Zum Beispiel erstreckt sich das Barrieregebiet 107 überhaupt nicht in den IGBT-Bereich 1-21. Bei einer anderen Ausführungsform ist ein geringerer Teilabschnitt des Bodygebiets 102 im IGBT-Bereich 1-21 mittels des Barrieregebiets 107 auch mit dem Drift-Gebiet 100 gekoppelt.
  • Eine Gesamtvertikalerstreckung des Barrieregebiets 107 kann im Bereich von 30% bis 80% der Grabentiefe liegen. Zum Beispiel erstreckt sich das Barrieregebiet 107 nicht entlang der Vertikalrichtung Z über die Höhe der Grabenböden hinaus, sondern ist ausschließlich in den Mesateilen 17 gebildet.
  • Bei einer Ausführungsform ist das Barrieregebiet 107 ein lateral strukturiertes Barrieregebiet, das in der gesamten Fläche des Horizontalquerschnitts des Diodenbereichs 1-23 gebildet ist. Die Barriereschicht ist durch Gräben des Diodenbereichs 1-22 und durch die eine oder die mehreren Aussparungen 1071 unterbrochen, die gewährleisten, dass mindestens 50% des Bodygebiets 102 im Diodenbereich 1-22 mittels des Barrieregebiets 107 mit dem Drift-Gebiet 100 gekoppelt sind und dass mindestens 5% des Bodygebiets 102 im Diodenbereich 1-22 ohne das Barrieregebiet 107 direkt mit dem Drift-Gebiet 100 gekoppelt sind. Die laterale Struktur der Barriereschicht (und die Aussparungen 1071) können zum Beispiel durch eine während eines Implantationsverarbeitungsschritts verwendete Maske erreicht werden.
  • Es werden nunmehr einige Beispiele der lateralen Struktur des Barrieregebiets 107 in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben:
  • Gemäß der in 7 dargestellten Ausführungsform erstreckt sich das Barrieregebiet 107 zum Beispiel nur in ca. 50% der Mesateile 17. In den verbleibenden anderen 50% der Mesateile 17 gewährleisten die Aussparungen 1071 des Barrieregebiets 107, dass der pn-Übergang zwischen dem Bodygebiet 102 und dem Drift-Gebiet 100 gebildet wird.
  • Gemäß der in 8 dargestellten Ausführungsform ist zum Beispiel die laterale Struktur des Barrieregebiets 107 an die Kontaktstopfenstruktur angepasst, zum Beispiel auf eine solche Weise, dass sich das Barrieregebiet 107 mit den Mesateilen 17 des Diodenbereichs 1-22, die mittels der Kontaktstopfen 111 der Kontaktstopfenstruktur mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden sind, lateral überlappt.
  • Ein anderer optionaler Aspekt, der in 8 dargestellt ist, besteht darin, dass das Grabenmuster in dem Diodenbereich 1-22 auch dahingehend konfiguriert sein kann, ein Grabengitter durch mehrere streifenförmige Gräben 16 (Source-Gräben), die sich entlang der zweiten Lateralrichtung Y erstrecken (wie auch in 7 der Fall ist) und zusätzlich durch mehrere streifenförmige Gräben 16 (Source-Gräben), die sich entlang der ersten Lateralrichtung X erstrecken, zu bilden.
  • Ein noch weiterer optionaler Aspekt, der in 8 dargestellt ist, besteht darin, dass nicht jeder Mesateil 17 des Diodenbereichs 1-22 mittels der Kontaktstopfenstruktur mit dem ersten Lastanschluss elektrisch verbunden sein muss. Zum Beispiel bilden die Mesateile 17 des Diodenbereichs eine MesaGrenzfläche an der Vorderseite 111, wobei nicht mehr als 90% der MesaGrenzfläche durch die Kontaktstopfenstruktur kontaktiert sind. In dem Beispiel von 8 sind beispielsweise 20 Mesateile 17 vorhanden, aber nur sechs dieser 20 Mesateile sind durch einen jeweiligen Kontaktstopfen 117 mit dem ersten Lastanschluss elektrisch verbunden. Die anderen 14 Mesateile 17 (in dem beispielhaften Fall jene, die die kontaktierten 6 Mesateile umgeben, sind mit dem ersten Lastanschluss 11 nicht elektrisch verbunden; folglich können diese Mesateile als inaktive Mesateile betrachtet werden, da kein Diodenlaststrom diese Mesateile entlang der Vertikalrichtung Z „durchqueren“ kann.
  • Hier sei darauf hingewiesen, dass statt der Kontaktstopfen 11, die sich in die Mesateile 18 (zum Beispiel in eine jeweilige Kontaktnuten 1110 (vgl. 10, 11) erstrecken, der elektrische Kontakt zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und den Mesateilen 17 zusätzlich oder alternativ durch an der Vorderseite 110 implementierte Flachkontakte hergestellt sein kann.
  • Gemäß der in 9 dargestellten Ausführungsform ist zum Beispiel die laterale Struktur des Barrieregebiets 107 auch an die Kontaktstopfenstruktur angepasst, zum Beispiel auf eine Weise, dass sich das Barrieregebiet 107 mit den Kontaktstopfen 111 der Kontaktstopfenstruktur lateral überlappt (Variante B), oder sich nicht mit den Kontaktstopfen 111 lateral überlappt (Variante A). Gemäß beider Varianten (A) und (B) ist die laterale Struktur des Barrieregebiets 107 durch streifenförmige Barriereteilgebiete und Aussparungsstreifenbereiche, die sich senkrecht zu der Längserstreckung der Gräben 16 erstrecken, definiert.
  • Darüber hinaus auf 10 Bezug nehmend, kann jeder Mesateil 17 bezüglich der Längserstreckung der Mesateile 17 (entlang der zweiten Lateralrichtung Y) in einen oder mehrere erste Mesateile 171, die mit einem Teil des Barrieregebiets 107 ausgestattet sind, und in einen oder mehrere zweite Mesateile 172, wo das Barrieregebiet 107 nicht implementiert ist (das heißt in die sich eine der Aussparungen 1071 erstreckt), getrennt sein. Folglich sind die in den 9 und 10 dargestellten Beispiele für eine laterale Struktur des Barrieregebiets 107, die „parallel“ zu dem Grabenmuster implementiert ist, exemplarisch.
  • Wie oben angeführt wurde, kann zusätzlich oder alternativ zu solch einer „parallelen“ lateralen Struktur eine orthogonal zu dem Grabenmuster verlaufende laterale Struktur implementiert werden, wobei sich zum Beispiel streifenförmige Barriereteilgebiete und Aussparungsstreifenbereiche parallel zu der Längserstreckung der Gräben 16 erstrecken. Ein Beispiel für solch eine laterale Struktur, die orthogonal zu dem Grabenmuster verläuft, ist in 11 beispielhaft dargestellt, wobei entlang einem Pfad in der ersten Lateralrichtung X ein oder mehrere Mesateile 17 mit dem Barrieregebiet 107 ausgestattet sind und ein oder mehrere Mesateile 17 nicht mit dem Barrieregebiet 107 (aber mit einer Aussparung 1071) ausgestattet sind. Gemäß Variante (A) sind zum Beispiel zwei benachbarte Mesateile 17 mit dem Barrieregebiet 107 ausgestattet, und die Mesateile 17 links (nicht dargestellt) und rechts der beiden benachbarten Mesateile 17 sind nicht mit dem Barrieregebiet 107 ausgestattet. Gemäß Variante (B) sind drei benachbarte Mesateile 17 mit dem Barrieregebiet 107 ausgestattet, und die Mesateile 17 links (nicht dargestellt) und rechts der drei benachbarten Mesateile 17 sind nicht mit dem Barrieregebiet 107 ausgestattet. Gemäß Variante (B) sind vier benachbarte Mesateile 17 mit dem Barrieregebiet 107 ausgestattet, und die Mesateile 17 links (nicht dargestellt) und rechts der vier benachbarten Mesateile 17 sind nicht mit dem Barrieregebiet 107 ausgestattet.
  • Auf 11 Bezug nehmend, soll eine Wirkung des Barrieregebiets 107 auf die in den Mesateilen 17 ausgebildeten pn-Übergänge, die sich bei einigen Ausführungsformen beobachten lässt, erläutert werden. Aufgrund der erhöhten Dotierstoffkonzentration/-dosis des Barrieregebiets 107 (im Vergleich zu dem Drift-Gebiet) ist der pn-Übergang 1021, der in den Mesateilen 17 ausgebildet ist, wo das Barrieregebiet 107 implementiert ist, im Vergleich zu den pn-Übergängen 1021 in den Mesateilen 17, wo das Barrieregebiet 107 nicht gebildet ist, näher an der Vorderseite 110 angeordnet. Die Differenz tZ (vgl. Varianten B und C) bei der vertikalen Höhe kann innerhalb des Bereichs von 50 nm bis 700 nm liegen.
  • Weitere Beispiele möglicher lateraler Strukturen des Barrieregebiets 107 sind in den 12-14 schematisch dargestellt.
  • Gemäß Variante (A) von Beispiel 12 ist die laterale Struktur des Barrieregebiets 107 durch streifenförmige Barriereteilgebiete und Aussparungsstreifenbereiche, die sich parallel zur Längserstreckung der Gräben 16 erstrecken (was eine orthogonal zu dem Grabenmuster verlaufende laterale Struktur gibt) definiert. Gemäß Variante (B) von 12 ist die laterale Struktur des Barrieregebiets 107 durch streifenförmige Barrierenteilgebiete und Aussparungsstreifenbereiche, die sich senkrecht zu der Längserstreckung der Gräben 16 erstrecken (was eine laterale Struktur parallel zu dem Grabenmuster ergibt) definiert. Variante (B) von 13 zeigt eine Kombination, wo die Strukturierung des Barrieregebiets 107 sowohl orthogonal als auch parallel zu dem Grabenmuster erfolgt. Dies kann zum Beispiel durch vergleichsweise große rechteckige Barrierenteilgebiete erreicht werden, die durch eine gitterartige Aussparungsstruktur voneinander getrennt sind, wie auch bei Variante (B) von 14 dargestellt ist, wo die rechteckigen Barrierenteilgebiete lateral voneinander versetzt sind.
  • Zur Veranschaulichung, dass viele Möglichkeiten einer lateralen Strukturierung des Barrieregebiets 107 bestehen, zeigen die Varianten (Ar) der 13 und 14 Beispiele; zum Beispiel können sich streifenförmige Barrierenteilgebiete diagonal erstrecken oder kreisförmige Barrierenteilgebiete gebildet werden. Die dargestellten beispielhaften lateralen Strukturen des Barrieregebiets 107 können auch umgekehrt sein, was bedeutet, dass die Aussparungen 1071 Teilgebiete des Barrieregebiets 107 sind und umgekehrt, unter der Voraussetzung, dass mindestens 50% des Bodygebiets 102 im Diodenbereich 1-22 mindestens mittels des Barrieregebiets 107 mit dem Drift-Gebiet 100 gekoppelt ist und das mindestens 5% des Bodygebiets 102 im Diodenbereich 1-22 ohne das Barrieregebiet 107 mit dem Drift-Gebiet 100 gekoppelt sind.
  • Gemäß der in 15 dargestellten Ausführungsform kann zum Beispiel die laterale Struktur des Barrieregebiets 107 bezüglich der Gesamtlateralerstreckung des Diodenbereichs 1-22 beispielsweise insofern angepasst sein, als sich die laterale Struktur des Barrieregebiets 107 im mittleren Gebiet 1-221 des Diodenbereichs 1-22 von der lateralen Struktur des Barrieregebiets 107 im Umfangsgebiet 1-222 des Diodenbereichs 1-22 unterscheidet, das zum Beispiel an den IGBT-Bereich 1-21 und/oder an das Randabschlussgebiet 1-3 angekoppelt ist. Bei einer Ausführungsform kann die Differenz bei den lateralen Strukturen so sein, dass eine Flächendichte des Barrieregebiets 107 im Umfangsgebiet 1-222 im Vergleich zu der Flächendichte des Barrieregebiets 107 im mittleren Gebiet 1-222 kleiner ist; zum Beispiel ist der Prozentanteil des Bodygebiets 102 im Umfangsgebiet 1-222, das mittels des Barrieregebiets 107 mit dem Drift-Gebiet 100 gekoppelt ist, kleiner als der Prozentanteil des Bodygebiets 107 im mittleren Gebiet 1-221, das mittels des Barrieregebiets 107 mit dem Drift-Gebiet 100 gekoppelt ist. Zum Beispiel können die Aussparungen 1071 im Umfangsgebiet 1-222 größer sein und/oder öfter auftreten als die Aussparungen 1171 im mittleren Gebiet 1-221.
  • Zusätzlich oder alternativ kann die Barriereteilung im Umfangsgebiet 1-222 kleiner sein als die Barriereteilung im mittleren Gebiet 1-221. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Differenz bei den lateralen Strukturen so sein, dass die Flächendichte des Barrieregebiets 107 im Umfangsgebiet 1-222 im Vergleich zu der Flächendichte des Barrieregebiets 107 im mittleren Gebiet 1-222 größer ist; zum Beispiel ist der Prozentanteil des Bodygebiets 102 im Umfangsgebiet 1-222, das mittels des Barrieregebiets 107 mit dem Drift-Gebiet 100 gekoppelt ist, größer als der Prozentanteil des Bodygebiets 102 im mittleren Gebiet 1-221, das mittels des Barrieregebiets 107 mit dem Drift-Gebiet 100 gekoppelt ist. Zum Beispiel können die Aussparungen 1071 im Umfangsgebiet 1-222 kleiner sein und/oder weniger häufig auftreten als die Aussparungen 1171 im mittleren Gebiet 1-221.
  • Zusätzlich oder alternativ kann die Barriereteilung im Umfangsgebiet 1-222 kleiner sein als die Barriereteilung im mittleren Gebiet 1-221.
  • Bei noch einer anderen Ausführungsform können die Aussparungen 1071 im Barrieregebiet 107 nicht in einem regelmäßigen Muster, sondern inhomogen hinsichtlich Distanz und/oder Größe verteilt sein.
  • Es wird hier auch ein Verfahren zum Verarbeiten einer Leistungshalbleitervorrichtung dargeboten. Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst Bilden: eines aktiven Gebiets mit einem Diodenbereich; eines Randabschlussgebiets, das das aktive Gebiet umgibt; eines Halbleiterkörpers mit einer Vorderseite und einer Rückseite; eines ersten Lastanschlusses an der Halbleiterkörpervorderseite und eines zweiten Lastanschlusses an der Halbleiterkörperrückseite, wobei der Diodenbereich zum Leiten eines Diodenlaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss konfiguriert ist; eines Drift-Gebiets von einem ersten Leitfähigkeitstyp, das in dem Halbleiterkörper gebildet ist und sich in den Diodenbereich erstreckt; mehrerer Gräben, die in dem Diodenbereich angeordnet sind, wobei sich jeder Graben von der Vorderseite entlang der Vertikalrichtung in den Halbleiterkörper erstreckt und eine Grabenelektrode umfasst, die durch einen Grabenisolator von dem Halbleiterkörper isoliert ist, wobei zwei benachbarte Gräben einen jeweiligen Mesateil in dem Halbleiterkörper definieren; eines Bodygebiets von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, das in den Mesateilen des Halbleiterkörpers gebildet ist und mit dem ersten Lastanschluss elektrisch verbunden ist; in dem Diodenbereich eines Barrieregebiets von der ersten Leitfähigkeit zwischen dem Bodygebiet und dem Drift-Gebiet, wobei das Barrieregebiet eine Dotierstoffkonzentration, die mindestens um das 100-Fache größer ist als die durchschnittliche Dotierstoffkonzentration des Drift-Gebiets, und eine Dotierstoffdosis, die größer ist als eine Dotierstoffdosis des Bodygebiets, aufweist. Das Barrieregebiet weist eine laterale Struktur auf, gemäß der mindestens 50% des Bodygebiets im Diodenbereich mindestens mittels des Barrieregebiets mit dem Drift-Gebiet gekoppelt sind; und mindestens 5% des Bodygebiets im Diodenbereich ohne das Barrieregebiet mit dem Drift-Gebiet gekoppelt sind.
  • Beispielhafte Ausführungsformen dieses Verfahrens entsprechen der oben beschriebenen Ausführungsform der Leistungshalbleitervorrichtung 1. Bei einer Ausführungsform wird das Barrieregebiet 107 während eines Implantationsverarbeitungsschritts, während dessen zum Beispiel Phosphor implantiert wird, unter Verwendung einer Maske gebildet. Die Maske kann dahingehend strukturiert sein, die laterale Struktur des Barrieregebiets 107 mit den Aussparungen zu erreichen, wobei Beispiele für die laterale Struktur oben erläutert worden sind. Zum Beispiel wird das Barrieregebiet 107 vor Bilden des Bodygebiets 102 gebildet.
  • Oben wurden die Leistungshalbleitervorrichtungen, wie zum Beispiel RC-IGBTs und Dioden, betreffende Ausführungsformen und entsprechende Verarbeitungsverfahren erläutert. Es wird vorgeschlagen, dass Barrieregebiet 107 in dem Diodenbereich 1-22 einer Diode bzw. eines RC-IGBTs einzuführen. Zum Beispiel ist die Dotierstoffdosis des Barrieregebiets 107 hoch genug, jegliche Lochinjektion in das Drift-Gebiet 100 zu beschränken (zum Beispiel höher als 2*1013cm-2). Durch Öffnen des Barrieregebiets 107 mittels der Aussparungen 1071 können Löcher in die Vorrichtung 1 injiziert werden. Da der Elektronenpfad durch das zusätzliche Barrieregebiet 107 nicht signifikant behindert wird, passiert ein Teil des Elektronenstroms durch das Barrieregebiet 107. Ein Lochstrom wird nur durch den Anteil des durch die Aussparungen 1071 fließenden Elektronenstroms injiziert. Durch Strukturieren des Barrieregebiets 107 mittels der Aussparungen 1071 ist die Plasmakonzentration in einem lateralen Querschnitt relativ konstant, folglich ist die Stromdichte in Bereichen, in denen das Barrieregebiet 107 implementiert ist, nicht signifikant geringer. Des Weiteren kann durch „Öffnen“ des Barrieregebiets 107 mittels der Aussparungen 1071 mit einem speziellen Flächenverhältnis die effektive Anodeneffizienz der Vorrichtung 1 genau gesteuert werden. Ein potenzieller Vorteil solch einer lateralen Struktur des Barrieregebiets 107 ist Flexibilität beim Einstellen der Stromabhängigkeit der Emittereffizienz. Zum Beispiel erleiden emittergesteuerte Dioden in der Regel eine vergleichsweise hohe Emittereffizienz bei geringen Stromdichten, was hinsichtlich eines Stromabrisses während einer Sperrerholung kritisch sein kann. Durch Einführen des lateral strukturieren Barrieregebiets 107 kann das anodenseitige Gesamtplasmaniveau bei geringer Stromdichte reduziert werden, wodurch das gleiche Plasmaniveau unter Nennbedingungen beibehalten wird.
  • Oben wurden Ausführungsformen, die Leistungshalbleitervorrichtungen, wie zum Beispiel RC-IGBTs und Dioden, und entsprechende Verarbeitungsverfahren erläutert.
  • Zum Beispiel basieren diese Leistungshalbleitervorrichtungen auf Silicium. Demgemäß kann ein(e) monokristalline(s) Si-Gebiet oder Si-Schicht, zum Beispiel der Halbleiterkörper 10 und seine Gebiete/Zonen, beispielsweise Gebiete usw., ein monokristallines Si-Gebiet oder eine monokristalline Si-Schicht sein.
  • Es sollte jedoch auf der Hand liegen, dass der Halbleiterkörper 10 und seine Gebiete/Zonen aus einem beliebigen Halbleitermaterial hergestellt sein können, das zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung geeignet ist. Beispiele für solche Materialien umfassen elementare Halbleitermaterialien, wie zum Beispiel Silicium (Si) oder Germanium (Ge), Gruppe IV-Verbindungshalbleitermaterialien, wie zum Beispiel Siliciumkarbid (SiC) oder Siliciumgermanium (SiGe), binäre, ternäre oder quaternäre III-V-Halbleitermaterialien, wie zum Beispiel Galliumnitrid (GaN), Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP), Indiumgalliumphosphid (InGaPa), Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), Aluminiumindiumnitrid (AlInN), Indiumgalliumnitrid (InGaN), Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGalnN) oder Indiumgalliumarsenidphosphid (InGaAsP), und binäre oder ternäre II-VI-Halbleitermaterialien, wie zum Beispiel Cadmiumtellurid (CdTe) und Quecksilbercadmiumtellurid (HgCdTe), um nur wenige zu nennen, ohne darauf beschränkt zu sein. Die vorstehend erwähnten Halbleitermaterialien werden auch als „Homoübergangshalbleitermaterialien“ bezeichnet. Beim Kombinieren zweier verschiedener Halbleitermaterialien wird ein Heteroübergangshalbleitermaterial gebildet. Beispiele für Heteroübergangshalbleitermaterialien umfassen Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGalnN), Indiumgalliumnitrid (InGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGalnN), Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Galliumnitrid (GaN), Aluminiumgalliumnitrid(AlGaN)-Galliumnitrid (GaN), Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), Silicium-Siliciumkarbid (SixC1-x) und Silicium-SiGe-Heteroübergangshalbleitermaterialien, ohne darauf beschränkt zu sein. Für Anwendungen mit Leistungshalbleiterschaltern werden zur Zeit hauptsächlich Si-, SiC-, GaAs- und GaN-Materialien verwendet.

Claims (17)

  1. Leistungshalbleitervorrichtung (1), umfassend: - ein aktives Gebiet (1-2) mit einem Diodenbereich (1-22); - ein Randabschlussgebiet (1-3), das das aktive Gebiet (1-2) umgibt; - einen Halbleiterkörper (10) mit einer Vorderseite (110) und einer Rückseite (120); - einen ersten Lastanschluss (11) an der Halbleiterkörpervorderseite (110) und einen zweiten Lastanschluss (12) an der Halbleiterkörperrückseite (120), wobei der Diodenbereich (1-22) zum Leiten eines Diodenlaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12) konfiguriert ist, - ein Drift-Gebiet (100) von einem ersten Leitfähigkeitstyp, das in dem Halbleiterkörper (10) gebildet ist und sich in den Diodenbereich (1-22) erstreckt; - mehrere Gräben (14, 15, 16), die in dem Diodenbereich (1-22) angeordnet sind, wobei sich jeder Graben von der Vorderseite entlang der Vertikalrichtung (Z) in den Halbleiterkörper (10) erstreckt und eine Grabenelektrode (141, 151, 161) umfasst, die durch einen Grabenisolator (142, 152, 162) von dem Halbleiterkörper (10) isoliert ist, wobei zwei benachbarte Gräben einen jeweiligen Mesateil (17) in dem Halbleiterkörper (10) definieren; - ein Bodygebiet (102) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, das in den Mesateilen des Halbleiterkörpers (10) gebildet ist und mit dem ersten Lastanschluss (11) elektrisch verbunden ist, - in dem Diodenbereich (1-22) ein Barrieregebiet (107) von der ersten Leitfähigkeit zwischen dem Bodygebiet (102) und dem Drift-Gebiet (100), wobei das Barrieregebiet (107) eine Dotierstoffkonzentration, die mindestens um das Hundertfache größer ist als die durchschnittliche Dotierstoffkonzentration des Drift-Gebiets (100), und eine Dotierstoffdosis, die größer ist als eine Dotierstoffdosis des Bodygebiets (102), aufweist, wobei das Barrieregebiet (107) eine laterale Struktur aufweist, gemäß der - mindestens 50% des Bodygebiets (102) im Diodenbereich (1-22) mindestens mittels des Barrieregebiets (107) mit dem Drift-Gebiet (100) gekoppelt sind; - mindestens 5% des Bodygebiets (102) im Diodenbereich (1-22) ohne das Barrieregebiet (107) mit dem Drift-Gebiet (100) gekoppelt sind; und - die laterale Struktur des Barrieregebiets (107) mit mindestens 70% der Fläche des Horizontalquerschnitts des Diodenbereichs (1-22) eine laterale Überlappung bildet, wobei das Bodygebiet (102) im Diodenbereich (1-22) mindestens mittels des Barrieregebiets (107), wo die laterale Überlappung hergestellt ist, gekoppelt ist.
  2. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei das Barrieregebiet (107) Aussparungen (1071) umfasst, die sich mit den mindestens 5% des Bodygebiets (102) im Diodenbereich (1-22), die ohne das Barrieregebiet (107) mit dem Drift-Gebiet (100) gekoppelt sind, lateral überlappen.
  3. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei - eine laterale Distanz zwischen zwei benachbarten Aussparungen (1071) durch eine Barriereteilung eines Musters des Barrieregebiets (107) definiert wird, wobei das Muster die laterale Struktur des Barrieregebiets (107) definiert; - eine laterale Distanz zwischen zwei benachbarten Gräben (15, 16) durch eine Grabenteilung eines Musters der Gräben im Diodenbereich (1-22) definiert wird, - ein Minimum der Barriereteilung größer ist als eine Minimum der Grabenteilung.
  4. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei das Minimum der Barriereteilung kleiner als 50% einer Dicke des Halbleiterkörpers (10) ist, wobei die Dicke (d) die Distanz entlang der Vertikalrichtung (Z) von der Vorderseite (110) zu der Rückseite (120) des Diodenbereichs (1-22) ist.
  5. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Lateralerstreckungsrichtung des Barrieregebiets (107) orthogonal zu der Lateralerstreckung des Grabenmusters angeordnet ist.
  6. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4 oder 5, wobei die Lateralerstreckungsrichtung des Barrieregebiets (107) parallel zu der Lateralerstreckung des Grabenmusters angeordnet ist.
  7. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens 50% der Grabenelektroden (161) der Gräben (16) im Diodenbereich (1-22) mit dem ersten Lastanschluss (11) elektrisch verbunden sind.
  8. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Kontaktstopfenstruktur mit Kontaktstopfen (111), wobei jeder Kontaktstopfen (111) dazu konfiguriert ist, mit einem jeweiligen Mesateil (17) einen Kontakt herzustellen, um den jeweiligen Mesateil (17) mit dem ersten Lastanschluss (11) elektrisch zu verbinden.
  9. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 8, wobei sich jeder Kontaktstopfen (111) von der Vorderseite (110) entlang der Vertikalrichtung (Z) in den jeweiligen Mesateil (17) erstreckt.
  10. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Mesateile (17) eine Mesagrenzfläche an der Vorderseite (110) bilden, wobei nicht mehr als 90% der Mesagrenzfläche durch die Kontaktstopfenstruktur kontaktiert wird.
  11. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fläche des Horizontalquerschnitts des Diodenbereichs (1-22) eine Minimallateralerstreckung aufweist, die sich mindestens auf die Halbleiterkörperdicke (d) beläuft.
  12. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend in dem aktiven Gebiet (1-2) einen IGBT-Bereich (1-21), der dazu konfiguriert ist, einen Vorwärtslaststrom zwischen dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12) zu leiten, und wobei der Diodenlaststrom ein Rückwärtslaststrom der Vorrichtung (1) ist und sich jeder der mehreren Gräben (14, 15, 16), das Drift-Gebiet (100), und das Bodygebiet (102) auch in den IGBT-Bereich (1-21) erstrecken.
  13. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 12, wobei mindestens 90% des Bodygebiets (102) in dem IGBT-Bereich (1-21) ohne das Barrieregebiet (107) mit dem Drift-Gebiet (100) gekoppelt sind.
  14. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 12 oder 13, wobei bezüglich eines Volumens des aktiven Gebiets (1-2 das Verhältnis zwischen der Summe des IGBT-Bereichs (1-21) und der Summe des Diodenbereichs (1-22) größer als 1,5:1 ist.
  15. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 14 wobei, ferner umfassend, in dem IGBT-Bereich (1-21) ein IGBT-Emittergebiet (103) vom zweiten Leitfähigkeitstyp mit dem zweiten Lastanschluss (12) elektrisch verbunden und mit dem Drift-Gebiet (100) gekoppelt ist.
  16. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, ferner umfassend in dem Diodenbereich (1-22) ein Dioden-Kathodengebiet (104) vom ersten Leitfähigkeitstyp, das mit dem zweiten Lastanschluss (12) verbunden und mit dem Drift-Gebiet (100) gekoppelt ist.
  17. Verfahren zum Verarbeiten einer Leistungshalbleitervorrichtung (1), umfassend Bilden: - eines aktiven Gebiets (1-2) mit einem Diodenbereich (1-22); - eines Randabschlussgebiets (1-3), das das aktive Gebiet (1-2) umgibt; - eines Halbleiterkörpers (10) mit einer Vorderseite (110) und einer Rückseite (102); - eines ersten Lastanschlusses (11) an der Halbleiterkörpervorderseite (110) und eines zweiten Lastanschlusses (12) an der Halbleiterkörperrückseite (12), wobei der Diodenbereich (1-22) zum Leiten eines Diodenlaststroms zwischen dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12) konfiguriert ist, - eines Drift-Gebiets (100) von einem ersten Leitfähigkeitstyp, das in dem Halbleiterkörper (10) gebildet ist und sich in den Diodenbereich (1-22) erstreckt; - mehrerer Gräben (14, 15, 16), die in dem Diodenbereich (1-22) angeordnet sind, wobei sich jeder Graben von der Vorderseite (110) entlang der Vertikalrichtung (Z) in den Halbleiterkörper (10) erstreckt und eine Grabenelektrode (141, 151, 161) umfasst, die durch einen Grabenisolator (142, 152, 162) von dem Halbleiterkörper (10) isoliert ist, wobei zwei benachbarte Gräben einen jeweiligen Mesateil in dem Halbleiterkörper (10) definieren; - eines Bodygebiets (102) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, das in den Mesateilen des Halbleiterkörpers (10) gebildet ist und mit dem ersten Lastanschluss (11) elektrisch verbunden ist, - in dem Diodenbereich (1-22) eines Barrieregebiets (107) von der ersten Leitfähigkeit zwischen dem Bodygebiet (102) und dem Drift-Gebiet (100), wobei das Barrieregebiet (107) eine Dotierstoffkonzentration, die mindestens um das Hundertfache größer ist als die durchschnittliche Dotierstoffkonzentration des Drift-Gebiets (100), und eine Dotierstoffdosis, die größer ist als eine Dotierstoffdosis des Bodygebiets (102), aufweist, wobei das Barrieregebiet (107) eine laterale Struktur aufweist, gemäß der - mindestens 50% des Bodygebiets (102) im Diodenbereich (1-22) mindestens mittels des Barrieregebiets (107) mit dem Drift-Gebiet (100) gekoppelt sind; - mindestens 5% des Bodygebiets (102) im Diodenbereich (1-22) ohne das Barrieregebiet (107) mit dem Drift-Gebiet (100) gekoppelt sind; und - die laterale Struktur des Barrieregebiets (107) mit mindestens 70% der Fläche des Horizontalquerschnitts des Diodenbereichs (1-22) eine laterale Überlappung bildet, wobei das Bodygebiet (102) im Diodenbereich (1-22) mindestens mittels des Barrieregebiets (107), wo die laterale Überlappung hergestellt ist, gekoppelt ist.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118116952B (zh) * 2024-01-31 2024-09-17 海信家电集团股份有限公司 半导体装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050073030A1 (en) 2002-12-03 2005-04-07 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device having rectifying action
JP2009267116A (ja) 2008-04-25 2009-11-12 Toyota Motor Corp ダイオードとそのダイオードを備えている半導体装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6185511B2 (ja) * 2015-05-26 2017-08-23 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
JP6946922B2 (ja) * 2017-10-18 2021-10-13 株式会社デンソー 半導体装置
JP2019161112A (ja) * 2018-03-15 2019-09-19 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
JP7131003B2 (ja) * 2018-03-16 2022-09-06 富士電機株式会社 半導体装置
JP2020129624A (ja) * 2019-02-08 2020-08-27 富士電機株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050073030A1 (en) 2002-12-03 2005-04-07 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device having rectifying action
JP2009267116A (ja) 2008-04-25 2009-11-12 Toyota Motor Corp ダイオードとそのダイオードを備えている半導体装置

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