DE102015111347A1 - Entsättigbare halbleitervorrichtung mit transistorzellen und hilfszellen - Google Patents

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Abstract

Eine Halbleitervorrichtung (500) enthält Transistorzellen (TC), die eine erste Lastelektrode (310) mit einer Driftstruktur (120) verbinden, die erste pn-Übergänge (pn1) mit Bodyzonen (115) bilden, wenn eine an eine Gateelektrode (155) angelegte Gatespannung eine erste Schwellenspannung (Vthn) übersteigt. Erste Hilfszellen (AC1) in einer vertikalen Projektion der und elektrisch verbunden mit der ersten Lastelektrode (310) sind dafür ausgebildet, Ladungsträger in die Driftstruktur (120) zumindest in einem in Durchlassrichtung gepolten Modus der ersten pn-Übergänge (pn1) zu injizieren. Zweite Hilfszellen (AC2) sind dafür ausgebildet, Ladungsträger in die Driftstruktur (120) bei einem hohen Emitterwirkungsgrad zu injizieren, wenn in dem in Durchlassrichtung gepolten Modus der ersten pn-Übergänge (pn1) die Gatespannung unterhalb einer zweiten Schwellenspannung (Vthp) liegt, die niedriger als die erste Schwellenspannung (Vthn) ist, und bei einem niedrigen Emitterwirkungsgrad, wenn die Gatespannung die zweite Schwellenspannung (Vthp) übersteigt.

Description

  • HINTERGRUND
  • In Halbleitervorrichtungen, die sowohl Transistorzellen als auch eine Diodenfunktionalität wie z. B. MCDs (MOS-gesteuerte Dioden) und RC-IGBTs (rückwärts leitende Bipolartransistoren mit isoliertem Gate) enthalten, fluten mobile Ladungsträger einen Halbleiterbereich entlang einem in Vorwärts- bzw. Durchlassrichtung vorgespannten bzw. gepolten pn-Übergang und bilden ein dichtes Ladungsträgerplasma, was einen niedrigen Durchgangswiderstand der Diode zur Folge hat. Wenn der betreffende pn-Übergang kommutiert, wodurch er von in Durchlassrichtung gepolt zu in Sperrrichtung gepolt wechselt, entfernt ein Rückwärts- bzw. Umkehr-Erholungsstrom das Ladungsträgerplasma. Der Umkehr-Erholungsstrom trägt zu dynamischen Schaltverlusten der Halbleitervorrichtung bei. Typischerweise dämpft bzw. schwächt in einer Entsättigungsperiode, die dem Wechsel des pn-Übergangs von in Durchlassrichtung gepolt zu in Sperrrichtung gepolt vorausgeht, ein tor- bzw. gate-gesteuerter (engl. gated) MOS-Kanal das Ladungsträgerplasma, um die dynamischen Schaltverluste zu reduzieren. Eine Sicherheitsperiode zwischen dem Ende der Entsättigungsperiode und dem Beginn der Kommutierung stellt sicher, dass die Halbleitervorrichtung in einem Sperr-Modus (engl. blocking mode) mit einem geschlossenen MOS-Kanal ist, bevor eine Kommutierung beginnt. Während der Sicherheitsperiode erholt sich das Ladungsträgerplasma teilweise und unterläuft zu einem gewissen Grad den Entsättigungsmechanismus.
  • Es ist wünschenswert, die Schalcharakteristiken von Halbleitervorrichtungen, die Transistorzellen sowie eine Diodenfunktionalität enthalten, zu verbessern.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf weitere Ausführungsformen.
  • Gemäß einer Ausführungsform enthält eine Halbleitervorrichtung Transistorzellen, die ausgebildet sind, um eine erste Lastelektrode mit einer Driftstruktur zu verbinden, die erste pn-Übergänge mit Bodyzonen bildet, wenn eine an eine Gateelektrode angelegte Gatespannung eine erste Schwellenspannung übersteigt. Erste Hilfszellen in einer vertikalen Projektion der und elektrisch verbunden mit der ersten Lastelektrode sind ausgebildet, um Ladungsträger in die Driftstruktur zumindest in einem in Durchlassrichtung gepolten Modus der ersten pn-Übergänge zu injizieren. Zweite Hilfszellen sind ausgebildet, um Ladungsträger in die Driftstruktur bei einer hohen Emittereffizienz bzw. einem hohen Emitterwirkungsgrad (engl. emitter efficiency) zu inijizieren, wenn in dem in Durchlassrichtung gepolten Modus der ersten pn-Übergänge die Gatespannung unter einer zweiten Schwellenspannung liegt, die niedriger als die erste Schwellenspannung ist, und bei einem niedrigen Emitterwirkungsgrad, wenn die Gatespannung die zweite Schwellenspannung überschreitet.
  • Gemäß einer Ausführungsform enthält eine Halbleitervorrichtung einen Halbleiterkörper, der eine Driftstruktur und Zellen-Mesastrukturen enthält, die zwischen Gatestrukturen ausgebildet sind, die sich von einer ersten Oberfläche des Halbleiterkörpers in die Driftstruktur erstrecken. Die Zellen-Mesastrukturen enthalten Bottleneck- bzw. Flaschenhalssektionen und breite Sektionen zwischen den Flaschenhalssektionen und der ersten Oberfläche, wobei die breiten Sektionen breiter als schmale Abschnitte bzw. Teile der Flaschenhalssektionen sind. Transistorzellen enthalten Bodyzonen, die erste pn-Übergänge mit der Driftstruktur und zweite pn-Übergänge mit Source-Zonen bilden. Erste Hilfszellen sind mit den Transistorzellen elektrisch parallel verbunden, und zweite Hilfszellen sind mit den Transistorzellen elektrisch parallel verbunden, wobei die schmalen Teile der Flaschenhalssektionen in den ersten Hilfszellen breiter als die schmalen Teile der Flaschenhalssektionen in den zweiten Hilfszellen sind.
  • Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile nach Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und nach Betrachten der beiliegenden Zeichnungen erkennen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die begleitenden Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis der Erfindung zu liefern, und sie sind in die Offenbarung einbezogen und bilden einen Teil von dieser. Die Zeichnungen veranschaulichen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern von Prinzipien der Erfindung. Andere Ausführungsbeispiele und beabsichtigte Vorteile werden sofort gewürdigt, da sie unter Hinweis auf die folgende Detailbeschreibung besser verstanden werden.
  • 1A kombiniert schematische vertikale Querschnittansichten von Teilen einer Halbleitervorrichtung mit Transistorzellen, ersten Hilfszellen und zweiten Hilfszellen gemäß einer Ausführungsform.
  • 1B ist ein schematisches Diagramm, das Kennlinien bzw. Charakteristiken der Transistorzellen, ersten Hilfszellen und zweiten Hilfszellen von 1A zum Diskutieren von Effekten der Ausführungsformen veranschaulicht.
  • 1C ist ein schematisches Zeitdiagramm, das ein Verfahren zum Betreiben der Halbleitervorrichtung von 1A veranschaulicht.
  • 2A ist eine schematische vertikale Querschnittansicht eines Teils einer Halbleitervorrichtung gemäß einer auf RC-IGBTs bezogenen Ausführungsform.
  • 2B ist eine schematische vertikale Querschnittansicht eines Teils einer Halbleitervorrichtung gemäß einer auf MCDs bezogenen Ausführungsform.
  • 3A ist eine schematische horizontale Querschnittansicht eines RC-IGBT gemäß einer Ausführungsform mit gleichmäßig verteilten ersten Hilfszellen.
  • 3B ist eine schematische horizontale Querschnittansicht eines RC-IGBT gemäß einer Ausführungsform mit ersten Hilfszellen, die in der Mitte des Diodenbereichs angeordnet sind.
  • 3C ist eine schematische horizontale Querschnittansicht eines RC-IGBT gemäß einer Ausführungsform mit einer oder mehr ersten Hilfszellen, die in einer Mitte eines Steuer- bzw. Pilotbereichs (engl. pilot region) angeordnet sind, der von einem bipolaren Bereich umgeben ist.
  • 3D ist eine schematische horizontale Querschnittansicht eines RC-IGBT gemäß einer Ausführungsform mit Hilfszellen, die in peripheren Teilen eines Pilotbereichs angeordnet sind, der von einem bipolaren Bereich umgeben ist.
  • 4 ist eine schematische vertikale Querschnittansicht eines RC-IGBT zum Veranschaulichen der Anordnung von Hilfszellen gemäß auf breite Kollektorkanäle bezogenen Ausführungsformen.
  • 5A ist eine schematische horizontale Querschnittansicht eines Teils eines RC-IGBT gemäß einer Ausführungsform, bezogen auf Hilfszellen, die durch Öffnungen in einer Barrieren- bzw. Sperrstruktur definiert sind.
  • 5B ist eine schematische planare Projektion eines vertikalen Querschnitts des Halbleitervorrichtungsteils von 5A entlang einer Linie B-B.
  • 5C ist eine schematische vertikale Querschnittansicht des Halbleitervorrichtungsteils von 5A entlang einer Linie C-C.
  • 6A ist eine schematische vertikale Querschnittansicht eines Teils eines RC-IGBT entlang einer longitudinalen Mesastrukturachse gemäß einer Ausführungsform, bezogen auf Hilfszellen, die durch eine Barrieren- bzw. Sperrstruktur mit lokal verkleinerten bzw. dünn ausgebildeten Teilen definiert werden.
  • 6B ist eine schematische horizontale Querschnittansicht eines Teils eines RC-IGBT gemäß einer Ausführungsform, bezogen auf Hilfszellen, die durch eine Variation einer Zellen-Mesastrukturbreite definiert sind.
  • 6C ist eine schematische horizontale Querschnittansicht eines Teils eines RC-IGBT gemäß einer Ausführungsform, bezogen auf in Mesastrukturen verschiedener Breiten definierte Hilfszellen.
  • 7A ist eine schematische horizontale Querschnittansicht eines Teils eines RC-IGBT gemäß einer anderen Ausführungsform, bezogen auf durch lokal verbreiterte Zellen-Mesastrukturen definierte Hilfszellen.
  • 7B ist eine schematische planare Projektion eines vertikalen Querschnitts des Halbleitervorrichtungsteils von 7A entlang einer Linie B-B.
  • 7C ist eine schematische vertikale Querschnittansicht des Halbleitervorrichtungsteils von 7A entlang einer Linie C-C.
  • 7D ist eine schematische horizontale Querschnittansicht eines Teils eines RC-IGBT gemäß einer anderen Ausführungsform, bezogen auf erste Hilfszellen in breiten Zellen-Mesastrukturen und zweite Hilfszellen in schmalen Zellen-Mesastrukturen.
  • 8A ist eine schematische vertikale Querschnittansicht eines Teils einer Halbleitervorrichtung mit Injektionszellen, basierend auf Zellen-Mesastrukturen, die Flaschenhalssektionen enthalten, zum Veranschaulichen von Effekten der Ausführungsformen.
  • 8B ist ein schematisches Diagramm, das eine Kollektor-Emitter-Spannung VCE und eine Speicherladung QF der Injektionszellen von 8A gegen die Gatespannung für verschiedene vertikale Erstreckungen bzw. Ausdehnungen von schmalen Teilen der Flaschenhalssektionen graphisch darstellt.
  • 8C zeigt einen Ausschnitt des Diagramms von 8B um eine Gatespannung von 0 V im Detail.
  • 9A kombiniert schematische vertikale Querschnittansichten von Teilen einer Halbleitervorrichtung gemäß einer auf Meta-Zellen bezogenen Ausführungsform.
  • 9B ist ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen des Effekts der Meta-Zellen in 9A.
  • 10A ist eine schematische horizontale Querschnittansicht eines Teils einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform betreffend RC-IGBTs mit Meta-Zellen.
  • 10B ist eine schematische planare Projektion eines vertikalen Querschnitts des Halbleitervorrichtungsteils von 10A entlang einer Linie B-B.
  • 10C ist eine schematische vertikale Querschnittansicht des Halbleitervorrichtungsteils von 10A entlang einer Linie C-C.
  • 11 ist eine schematische planare Projektion eines vertikalen Querschnitts einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Barrierenstrukturen mit flaschenförmigen Gatestrukturen kombinierenden Ausführungsform.
  • DETAILBESCHREIBUNG
  • In der folgenden Detailbeschreibung wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen für Veranschaulichungszwecke spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgestaltet werden kann. Es ist zu verstehen, dass andere Ausführungsbeispiele verwendet und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können Merkmale, die für ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht oder beschrieben sind, bei oder im Zusammenhang mit anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden, um zu noch einem weiteren Ausführungsbeispiel zu gelangen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Veränderungen umfasst. Die Beispiele sind mittels einer spezifischen Sprache beschrieben, die nicht als den Bereich der beigefügten Patentansprüche begrenzend aufgefasst werden sollte. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich für Veranschaulichungszwecke. Zur Klarheit sind die gleichen Elemente mit entsprechenden Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen versehen, falls nicht etwas anderes festgestellt wird.
  • Die Begriffe ”haben”, ”enthalten”, ”umfassen”, ”aufweisen” und ähnliche Begriffe sind offene Begriffe, und diese Begriffe geben das Vorhandensein der festgestellten Strukturen, Elemente oder Merkmale an, schließen jedoch das Vorhandensein von zusätzlichen Elementen oder Merkmalen nicht aus. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel sollen sowohl den Plural als auch den Singular umfassen, falls sich aus dem Zusammenhang nicht klar etwas anderes ergibt.
  • Der Begriff ”elektrisch verbunden” beschreibt eine permanente niederohmige Verbindung zwischen elektrisch verbundenen Elementen, beispielsweise einen direkten Kontakt zwischen den betreffenden Elementen oder eine niederohmige Verbindung über ein Metall und/oder einen hochdotierten Halbleiter. Der Begriff ”elektrisch gekoppelt” umfasst, dass ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente, die für eine Signalübertragung gestaltet sind, zwischen den elektrisch gekoppelten Elementen vorhanden sein können, beispielsweise Elemente, die zeitweise eine niederohmige Verbindung in einem ersten Zustand und eine hochohmige elektrische Entkopplung in einem zweiten Zustand vorsehen.
  • 1A zeigt einen Teil einer Halbleitervorrichtung 500, zum Beispiel eine MCD wie etwa eine MGD (MOS-gate-gesteuerte Diode) mit kurzgeschlossenem Gate, einen RC-IGBT oder eine Vorrichtung, die eine MCD- oder RC-IGBT-Funktionalität einschließt. Silizium (Si), Siliziumcarbid (SiC), Germanium (Ge), ein Silizium-Germanium-Kristall (SiGe), Galliumnitrid (GaN), Galliumarsenid (GaAs) oder irgendein anderer AIIIBV-Halbleiter bildet einen Halbleiterkörper 100 der Halbleitervorrichtung 500.
  • An einer Vorderseite weist der Halbleiterkörper 100 eine erste Oberfläche 101 auf, welche annähernd planar sein kann oder welche durch koplanare Oberflächensektionen aufgespannt sein kann. Eine minimale Distanz zwischen der ersten Oberfläche 101 und einer überwiegend planaren zweiten Oberfläche an einer gegenüberliegenden Rückseite und parallel zur ersten Oberfläche 101 definiert die Spannungssperrfähigkeit bzw. das Spannungssperrvermögen der Halbleitervorrichtung 500. Zum Beispiel kann der Halbleiterkörper 100 eines RC-IGBT, der für eine Sperrspannung von etwa 1200 V spezifiziert ist, eine Dicke von 90 μm bis 110 μm aufweisen. Ausführungsformen, die sich auf höhere Sperrvermögen beziehen, können auf Halbleiterkörpern 100 mit einer Dicke von mehreren 100 μm basieren.
  • In einer Ebene senkrecht zur Querschnittsebene kann der Halbleiterkörper 100 eine annähernd rechtwinklige Form mit einer Kantenlänge im Bereich von mehreren Millimetern aufweisen. Eine Normale zur ersten Oberfläche 101 definiert eine vertikale Richtung, und Richtungen orthogonal zur vertikalen Richtung sind horizontale Richtungen.
  • Der Halbleiterkörper 100 enthält eine Driftstruktur 120 eines ersten Leitfähigkeitstyps. Die Driftstruktur 120 bildet erste pn-Übergänge pn1 mit Bodyzonen 115 des zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei die Bodyzonen 115 zwischen der ersten Oberfläche 101 und der Driftstruktur 120 ausgebildet sind.
  • Transistorzellen TC, erste Hilfszellen AC1 und zweite Hilfszellen AC2 sind entlang Gatestrukturen 150 ausgebildet, die sich von der ersten Oberfläche 101 hinunter zu zumindest den ersten pn-Übergängen pn1 erstrecken.
  • Die Gatestrukturen 150 umfassen eine leitfähige Gateelektrode 155 und ein Gatedielektrikum 151, das die Gateelektrode 155 vom Halbleiterkörper 100 trennt. Die Gateelektrode 155 kann eine homogene Struktur sein oder kann eine geschichtete Struktur aufweisen, die eine oder mehr metallhaltige Schichten enthält. Gemäß einer Ausführungsform kann die Gateelektrode 155 eine hochdotierte polykristalline Siliziumschicht enthalten oder aus einer solchen bestehen. Die Gateelektrode 155 kann mit einem Gateverbinder 330 außerhalb des Halbleiterkörpers 100 elektrisch verbunden sein. Der Gateverbinder 330 kann einen Gateanschluss G bilden oder kann mit einem solchen elektrisch gekoppelt oder verbunden sein
  • Das Gatedielektrikum 151 kann eine gleichmäßige Dicke aufweisen. Gemäß anderen Ausführungsformen kann ein unterer Teil des Gatedielektrikums 151, der von der ersten Oberfläche 101 abgewandt ist, dicker als ein oberster Teil sein, der zur ersten Oberfläche 101 orientiert ist. Das Gatedielektrikum 151 kann ein Halbleiteroxid, zum Beispiel thermisch gewachsenes oder abgeschiedenes Siliziumoxid, ein Halbleiternitrid, zum Beispiel abgeschiedenes oder thermisch gewachsenes Siliziumnitrid, oder ein Halbleiteroxinitrid, zum Beispiel Siliziumoxinitrid, enthalten oder aus einem solchen bestehen.
  • Ferner enthalten die Transistorzellen TC Sourcezonen 110 des ersten Leitfähigkeitstyps, die zweite pn-Übergänge pn2 mit Bodyzonen 115 bilden, die den Transistorzellen TC zugeordnet sind. Die Sourcezonen 110 sind zwischen der ersten Oberfläche 101 und den Bodyzonen 115 der Transistorzellen TC ausgebildet.
  • Die Sourcezonen 110 der Transistorzellen TC sowie die Bodyzonen 115 der ersten und zweiten Hilfszellen AC1, AC2 sind mit einer ersten Lastelektrode 310 elektrisch verbunden, welche einen ersten Lastanschluss L1 bilden kann oder mit einem solchen elektrisch gekoppelt oder verbunden sein kann. Die Bodyzonen 115 der Transistorzellen TC können auch mit der ersten Lastelektrode 310 elektrisch verbunden sein. Die Driftstruktur 120 ist mit einer zweiten Lastelektrode 320 elektrisch verbunden, welche einen zweiten Lastanschluss L2 bilden kann oder mit einem solch elektrisch gekoppelt oder verbunden sein kann.
  • Bei Gatespannungen oberhalb einer ersten Schwellenspannung Vthn werden Inversionsschichten in den Bodybereichen 115 der Transistorzellen TC sowie in den ersten und zweiten Hilfszellen AC1, AC2 entlang dem Gatedielektrikum 151 ausgebildet. Die Inversionsschichten in den Transistorzellen TC bilden MOS-gate-gesteuerte Kanäle für Minoritätsladungsträger zwischen den Sourcezonen 110 und der Driftstruktur 120. Die Inversionsschichten in den ersten und zweiten Hilfszellen AC1, AC2 sind ohne Verbindung mit der ersten Lastelektrode 310. Die ersten und zweiten Hilfszellen AC1, AC2 unterscheiden sich voneinander hinsichtlich einer Beziehung zwischen einer Vorwärts- bzw. Durchlassspannung über die jeweiligen einzelnen Hilfszellen AC1, AC2 und der Gatespannung, wenn die ersten pn-Übergänge pn1 in Durchlassrichtung gepolt sind.
  • Die ersten pn-Übergänge pn1 sind in Durchlassrichtung gepolt in einem Fall einer in Durchlassrichtung gepolten MCD mit einer positiven Spannung, die zwischen der ersten Lastelektrode L1 (Anode) und der zweiten Lastelektrode L2 (Kathode) angelegt ist, oder in einem Fall eines in Sperrrichtung vorgespannten bzw. gepolten RC-IGBT mit einer negativen Spannung, die zwischen dem zweiten Lastanschluss L2 (Kollektor) und dem ersten Lastanschluss L1 (Emitter) angelegt ist. Die ersten und zweiten Hilfszellen AC1, AC2 unterscheiden sich voneinander hinsichtlich ihres Verhaltens betreffend eine Effizienz bzw. einen Wirkungsgrad einer Ladungsträgerinjektion.
  • Die verschiedenen Charakteristiken von Ladungsträgerinjektionen der ersten und zweiten Hilfszellen AC1, AC2 können aus verschiedenen Emitterwirkungsgraden resultieren, wobei eine Emittereffizienz bzw. ein Emitterwirkungsgrad (engl. emitter efficiency) das Verhältnis der Lochstromdichte zur Gesamtstromdichte ist. Eine Variation des Emitterwirkungsgrads kann beispielsweise durch verschiedene vertikale Dotierstoffprofile durch die ersten pn-Übergänge pn1 erreicht werden.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform können die ersten und zweiten Hilfszellen AC1, AC2 gleiche oder ähnliche Emitterwirkungsgrade aufweisen, sich aber voneinander hinsichtlich einer Breite der Bodyzonen 115 und/oder der ersten pn-Übergänge pn1 zwischen benachbarten Gatestrukturen 150 unterscheiden. In den ersten Hilfszellen AC1 kann ein Injektionswirkungsgrad, der durch das Integral über den Emitterwirkungsgrad von einer Seite der betreffenden Zelle zur gegenüberliegenden Seite gegeben ist, größer als der Injektionswirkungsgrad in den zweiten Hilfszellen AC2 sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Hilfszellen AC1, AC2 beide verschiedene Emitterwirkungsgrade und horizontale Abmessungen aufweisen.
  • Ein Inversionskanal, der entlang einer Gatestruktur 150 ausgebildet und mit der Bodyzone 115 einer Hilfszelle AC1, AC2 verbunden ist, erhöht den Injektionswirkungsgrad der betreffenden Zelle, so dass ein Injektionswirkungsgrad zumindest der zweiten Hilfszellen AC2 durch die Gate-Emitter-Spannung VGE gesteuert werden kann.
  • Während einer Sättigungsperiode sind die zweiten Hilfszellen AC2 als Sättigungsinjektionszellen effektiv bzw. wirksam, die Ladungsträger in die Driftzone 120 bei einer hohen Rate injizieren und ein dichtes Ladungsträgerplasma einrichten. In einer Entsättigungsperiode sind die Sättigungsinjektionszellen AC2 erheblich weniger aktiv, so dass das Ladungsträgerplasma teilweise dissipiert. Während einer Entsättigung kann zum Beispiel der mittlere Injekionswirkungsgrad der Sättigungsinjektionszellen AC2 für VGE > Vth2 bei höchstens 50% oder höchstens 10% oder höchstens 1% des mittleren Injektionswirkungsgrads der Sättigungsinjektionszellen AC2 für VGE < Vth2 liegen.
  • Stattdessen injizieren während der Entsättigungsperiode die ersten Hilfszellen AC1, welche als Entsättigungsinjektionszellen wirksam sind, noch ausreichende Ladungsträger, um eine ausreichend niedrige vorwärts- bzw. Durchlassspannung VF über die Entsättigungsinjektionszellen AC1 aufrecht zu erhalten.
  • Während sowohl der Entsättigungsperiode als auch der Sättigungsperiode können alle Typen von Zellen AC1, AC2, TC Ladungsträger in die Driftstruktur 120 injizieren; aber in der Entsättigungsperiode injizieren die Sättigungsinjektionszellen AC2 bei einem signifikant reduzierten Injektionswirkungsgrad verglichen mit der Sättigungsperiode, so dass insgesamt weniger Ladungsträger in die Driftstruktur 120 injiziert werden.
  • Indem zwei verschiedene Typen von Injektionszellen vorgesehen werden, kann ein Typ an die Anforderungen der Sättigungsperiode angepasst werden, und der andere Typ kann an die Anforderungen der Entsättigungsperiode angepasst werden. Verglichen mit Ansätzen mit nur einem Typ von Entsättigungszellen können Prozessbeschränkungen entspannt bzw. erleichtert werden, und Vorrichtungsparameter für die Sättigungsperiode und die Entsättigungsperiode können unabhängig voneinander abgestimmt werden.
  • 1B veranschaulicht die verschiedenen Kennlinien bzw. Charakteristiken der Transistorzellen TC, der Entsättigungsinjektionszellen AC1 und der Sättigungsinjektionszellen AC2. Die folgende Diskussion bezieht sich auf p-Typ-Bodyzonen 115 und n-Typ-Sourcezonen 110 wie zum Beispiel in einem n-Kanal-RC-IGBT. Entsprechende Betrachtungen finden Anwendung auf Halbleitervorrichtungen 500 mit p-Typ-Sourcezonen 110 und n-Typ-Sourcezonen 115 wie zum Beispiel in p-Kanal-RC-IGBTs.
  • Gemäß einer Vorwärts- bzw. Durchlasscharakteristik 701 bilden, wenn eine Gatespannung VGL1, die zwischen dem Gateanschluss G und dem ersten Lastanschluss L1 angelegt ist, die erste Schwellenspannung Vthn übersteigt, Inversionsschichten, die in den Bodyzonen 115 der Transistorzellen TC entlang den Gatedielektrika 115 ausgebildet sind, MOS-gate-gesteuerte Kanäle, die die Sourcezonen 110 mit der Driftstruktur 120 verbinden und die einen Elektronenweg zwischen der ersten Lastelektrode 310 und der Driftstruktur 120 schaffen. Zur gleichen Zeit sind aufgrund des Fehlens von Sourcezonen oder einer fehlenden Verbindung zwischen derartigen Sourcezonen und der ersten Lastelektrode 310 Inversionsschichten, die in den Bodyzonen 115 der Entsättigungs- und Sättigungsinjektionszellen AC1, AC2 ausgebildet sind, ohne Verbindung mit der ersten Lastelektrode 310. Dies gilt sowohl, wenn eine positive Spannung zwischen dem ersten Lastanschluss L1 und dem zweiten Lastanschluss L2 angelegt ist, als auch, wenn eine negative Spannung zwischen dem ersten Lastanschluss L1 und dem zweiten Lastanschluss L2 angelegt wird.
  • Die erste Rückwärts- bzw. Sperrcharakteristik 711 veranschaulicht die Beziehung zwischen einer Durchlassspannung VF über einzelne Entsättigungsinjektionszellen AC1 und der Gatespannung VGL1 in einem in Durchlassrichtung gepolten Modus des ersten pn-Übergangs pn1 mit einer negativen Spannung, die zwischen dem zweiten Lastanschluss L2 und dem ersten Lastanschluss L1 angelegt ist. Zumindest für eine Gatespannung VGL1 unterhalb einer weiteren Schwellenspannung Vth0 weisen einzelne Entsättigungsinjektionszellen AC1 eine niedrige Durchlassspannung VF von höchstens 0,2%, zum Beispiel höchstens 0,15%, der maximalen Sperrspannung auf, für die die Halbleitervorrichtung 500 spezifiziert ist. Zum Beispiel beträgt die Durchlassspannung VF höchstens 2 V für eine Halbleitervorrichtung mit einem Sperrvermögen von 1200 V oder höchstens 5 V für eine Halbleitervorrichtung mit einem Sperrvermögen von 6,5 kV. Gemäß einer Ausführungsform beträgt die Durchlassspannung VF höchstens 20 V bei einem nominalen Sperrstrom.
  • Wenn die Gatespannung VGL1 die weitere Schwellenspannung Vth0 übersteigt, kann die Durchlassspannung VF mit zunehmender VGL1 zunehmen oder kann ungefähr konstant bleiben, bis über die erste Schwellenspannung Vthn hinaus. Gemäß einer Ausführungsform nimmt der Injektionswirkungsgrad der Entsättigungsinjektionszellen AC1 stark ab, und die Durchlassspannung VF über die Entsättigungsinjektionszellen AC1 nimmt für VGL1 > Vth0 zu, um den Einfluss der Entsättigungsinjektionszellen AC1 auf andere Vorrichtungsparameter gering zu halten. Unterhalb der weiteren Schwellenspannung Vth0 ist eine Zunahme des Durchlassspannungsabfalls über die ersten Entsättigungsinjektionszellen AC1 mit zunehmender Gate-Emitter-Spannung VGE weniger steil als oberhalb der weiteren Schwellenspannung Vth0. Die zweite Rückwärts- bzw. Sperrcharakteristik 721 veranschaulicht die Beziehung zwischen einer Durchlassspannung VF über einzelne Sättigungsinjektionszellen AC2 und der Gatespannung VGL1 in dem in Durchlassrichtung gepolten Modus des ersten pn-Übergangs pn1. Für eine Gatespannung VGL1 unterhalb einer zweiten Schwellenspannung Vthp, welche niedriger als die weitere Schwellenspannung Vth0 ist, beträgt die Durchlassspannung über eine einzelne Sättigungsinjektionszelle AC2 höchstens 5 V. Für VGL1 > Vthp nimmt der Durchlassspannungsabfall über einzelne Sättigungsinjektionszellen AC2 mit zunehmender VGL1 stark zu, was anzeigt, dass der Wirkungsgrad einer Ladungsträgerinjektion der Sättigungsinjektionszellen AC2 zwischen Vthp und Vth0 stark abnimmt. Unterhalb der zweiten Schwellenspannung Vthp ist eine Zunahme des Durchlassspannungsabfalls über die Sättigungsinjektionszellen AC2 mit zunehmender Gate-Emitter-Spannung VGE weniger steil als oberhalb der weiteren Schwellenspannung Vthp.
  • 1B zeigt ferner, dass ein Gesamtwirkungsgrad einer Ladungsträgerinjektion ηAC21 der Sättigungsinjektionszellen AC2 für VGL1 < Vthp höher als ein Gesamtwirkungsgrad einer Ladungsträgerinjektion ηAC22 der Sättigungsinjektionszellen AC2 für VGL1 = Vth0 ist, wobei der Gesamtwirkungsgrad einer Ladungsträgerinjektion das Oberflächenintegral über den lokalen Emitterwirkungsgrad für den jeweiligen Zellentyp ist. Die Entsättigungsinjektionszellen AC1 können einen geringeren Gesamtwirkungsgrad einer Ladungsträgerinjektion als die Sättigungsinjektionszellen AC2 für VGL1 < Vthp zeigen, aber einen ausreichenden Wirkungsgrad einer Ladungsträgerinjektion zumindest bis zu VGL1 = Vth0 aufrecht erhalten, so dass trotz des vergleichsweise geringen Gesamtwirkungsgrads einer Ladungsträgerinjektion die Entsättigungsinjektionszellen AC1 eine niedrige Durchlassspannung VF für die Entsättigungsperiode mit einer Gatespannung VGL1 zwischen der zweiten Schwellenspannung Vthp und der weiteren Schwellenspannung Vth0 aufrecht erhalten können.
  • Typischerweise stützen sich dreistufige Ansätze für entsättigbare RC-IGBTs auf Injektionszellen, die mit einer großen Bandbreite bzw. Spreizung zwischen einem hohen Injektionswirkungsgrad bei einer Gate-Emitter-Spannung VGE von –15 V auf der einen Seite und einem geringen Injektionswirkungsgrad bei VGE = 0 V auf der anderen Seite entworfen bzw. ausgelegt sind. Während einer Injektionsperiode eines rückwärts leitenden Modus (RC-Modus) des RC-IGBT, in welchem die ersten pn-Übergänge pn1 in Durchlassrichtung gepolt sind, sind die Injektionszellen aktiv und injizieren Ladungsträger in die Driftstruktur 120 bei einem hohen Injektionswirkungsgrad, um ein dichtes Ladungsträgerplasma zu erreichen. In einer Entsättigungsperiode, die einer Kommutierung vorausgeht, werden daher, bevor die Spannung zwischen den ersten und zweiten Lastanschlüssen L1, L2 eine Polarität ändert, die Injektionszellen deaktiviert und injizieren Ladungsträger nur bei einem signifikant niedrigeren Injektionswirkungsgrad, so dass die Dichte des Ladungsträgerplasmas sich vermindert bzw. abschwächt.
  • Die Entsättigung ist umso effektiver, je größer die Spreizung des Injektionswirkungsgrads ist. Wenn Injektionszellen mit hoher Spreizung zwischen dem Injektionsmodus und dem Entsättigungsmodus geschaffen werden, zeigt sich jedoch, dass die Durchlassspannung VF bei VGE = 0 stark von Prozessfluktuationen abhängen kann.
  • Stattdessen stützen sich die vorliegenden Ausführungsformen auf zwei Typen von Injektionszellen. Die Sättigungsinjektionszellen AC2 können mit einer hohen Spreizung zwischen dem Injektionswirkungsgrad bei VGL1 = –15 V und dem Injektionswirkungsgrad bei VGL1 = 0 V ausgelegt sein, so dass ein hoher Entsättigungswirkungsgrad erreicht werden kann. Die Entsättigungsinjektionszellen AC1 können ohne oder mit einer geringen Spreizung zwischen dem Injektionswirkungsgrad bei VGL1 = –15 V und dem Injektionswirkungsgrad bei VGL1 = 0 V, aber mit einem Injektionswirkungsgrad ausgelegt sein, der eine ausreichende niedrige Durchlassspannung VF, zum Beispiel geringer als 3 V, bei und nahe VGL1 = 0 V sicherstellt, wobei der Durchlassspannungsabfall VF weniger anfällig für Prozessfluktuationen ist. Als Folge kombinieren die Ausführungsformen einen hohen Entsättigungswirkungsgrad mit einer anhaltend niedrigen Durchlassspannung VF selbst während der Entsättigungsperiode.
  • 1C zeigt schematisch den Betriebsmodus eines RC-IGBT basierend auf der Halbleitervorrichtung 500 der 1A und 1B.
  • Während einer Sättigungsperiode Sat des RC-Modus des RC-IGBT liegt eine Gate-Emitter-Spannung VGE unterhalb Vthp, und die Sättigungsinjektionszellen AC2 injizieren Ladungsträger bei einem hohen Wirkungsgrad in die Driftstruktur 120, was eine hohe Speicherladung QF zur Folge hat. Die Kollektor-Emitter-Spannung VCE ist gegeben durch die Durchlassspannung VF1 der Sperrdiode während der Sättigungsperiode Sat, wobei die Charakteristiken der Sperrdiode von den Sättigungsinjektionszellenn AC2 geregelt bzw. bestimmt werden. Die Durchlassspannung VF1 sowie der Durchgangswiderstand Rfwd der Sperrdiode sind gering.
  • Bei t = t1 steigt VGE auf Vthp < VGE < Vth0, und eine Entsättigungsperiode Desat beginnt. Die Sättigungsinjektionszellen AC2 schalten zu einem Modus geringer Injektion. Die Dichte des Ladungsträgerplasmas und die Speicherladung nehmen stark ab, wohingegen eine Durchlassspannung ansteigt und ein Durchgangswiderstand Rfwd zunimmt. Die Entsättigungsinjektionszellen AC1 sind aber noch aktiv und stellen eine andauernde, vergleichsweise niedrige Durchlassspannung VF2 der Sperrdiode sicher.
  • Nach einer gewissen Zeit kann ein Prozess ausgelöst werden, der die Vorspannung über den RC-IGBT ändern kann. Zum Beispiel wird ein Halbleiterschalter im anderen Teil einer halben Brücke eingeschaltet, während der RC-IGBT ausgeschaltet bleibt. Während einer Abschaltung kann die Vorspannung des RC-IGBT wiederholt von in Sperrrichtung gepolt zu in Durchlassrichtung gepolt und umgekehrt wechseln. Schließlich kann die Vorspannung zu in Durchlassrichtung gepolt wechseln, wodurch der RC-IGBT kommutiert und direkt in einen Sperrzustand wechseln kann.
  • Da die Dichte des Ladungsträgerplasmas reduziert worden ist, muss eine geringere Anzahl Ladungsträger vom Halbleiterkörper 100 abgeleitet werden als ohne Entsättigungsperiode Desat, und Schaltverluste werden reduziert. Da eine Entsättigung einhergeht mit einer Ausbildung eines MOS-gate-gesteuerten Kanals, kann der RC-IGBT sofort die volle Sperrspannung in einer Sperrphase Blk des in Durchlassrichtung gepolten Zustands unterstützen bzw. erhalten. Wenn der Kommutierungsladungsträgerstrom endet, kann die Gatespannung wieder auf unterhalb der zweiten Schwellenspannung abgesenkt werden, um eine Robustheit gegen starke Stromfilamente als Folge des Kommutierungsladungsträgerstroms zu verbessern und eine dynamische Zunahme des Gatepotentials über Vthn zu vermeiden.
  • Später, zum Beispiel bei t = t3, kann VGE auf über Vthn ansteigen, schalten die MOS-gate-gesteuerten Kanäle in den Transistorzellen TC ein, und der RC-IGBT wechselt in eine leitende Phase Cnd des in Durchlassrichtung gepolten Zustands.
  • Die ersten, zweiten und weiteren Schwellenspannungen Vthn, Vthp, Vth0 sind ausgewählt, um Bedingungen im schlechtesten Fall zu erfüllen, die für die Gatespannungspegel spezifiziert sind. Zum Beispiel kann Vth0 so ausgewählt werden, dass die Durchlassspannung der Entsättigungsinjektionszellen AC1 für eine 1200 V-Vorrichtung über den gesamten zulässigen Gatespannungsbereich während der Entsättigungsperiode unter 15 V liegt. Die zweite Schwellenspannung Vthp kann so ausgewählt werden, dass die zweiten Hilfszellen AC2 zu einer gesamten Lochinjektion nur zu einem geringen Grad, zum Beispiel höchstens 30% oder höchstens 15% oder höchstens 5% über den gesamten zulässigen Gatespannungsbereich während des Entsättigungsmodus beitragen.
  • Zum Beispiel können Datenblätter der erschöpfbaren dreistufigen RC-IGBTs Gatespannungspegel von +10 bis +25 V zum Einschalten der MOS-gate-gesteuerten Kanäle, –3 V bis +3 V für den Entsättigungsmodus und –15 bis –25 V für den Sättigungsmodus spezifizieren.
  • Für einen RC-IGBT mit den obigen Spezifikationen kann die erste Schwellenspannung Vthn etwa in der Mitte zwischen +1 V und +10 V, z. B. nahe 5,5 V, liegen. Die weitere Schwellenspannung Vth0 kann zwischen dem maximalen zulässigen Spannungspegel für den Entsättigungsmodus und der ersten Schwellenspannung Vthn, daher in einem Bereich zwischen +1.0 V und +5.0 V, zum Beispiel zwischen 2 V und 3 V, liegen. Die zweite Schwellenspannung Vthp kann in der Mitte zwischen –15 V und dem minimalen zulässigen Spannungspegel für den Entsättigungsmodus, daher in einem Bereich zwischen –10 V und –1 V, zum Beispiel bei –5,5 V, liegen.
  • 2A veranschaulicht einen RC-IGBT oder eine Halbleitervorrichtung, die einen RC-IGBT 501 gemäß einer Ausführungsform enthält. An einer Vorderseite eines Siliziumhalbleiterkörpers 100, der eine Driftstruktur 120 wie oben beschrieben enthält, enthält ein Transistormodul 601 steuerbare Zellen CE, welche Transistorzellen TC, Entsättigungsinjektionszellen AC1 oder Sättigungsinjektionszellen AC2 wie oben beschrieben sein können. Steuerelektroden der steuerbaren Zellen CE sind mit einem Gateleiter 330 elektrisch verbunden, der einen Gateanschluss G bilden kann oder der mit einem solchen elektrisch verbunden oder gekoppelt sein kann. Source- und Bodyzonen der steuerbaren Zellen CE sind mit einer ersten Lastelektrode 310 elektrisch verbunden, welche einen Emitteranschluss E bilden oder welche mit einem solchen elektrisch verbunden oder gekoppelt sein kann.
  • Die Driftstruktur 120 enthält eine Driftzone 121 und kann direkt an die Bodyzonen in den steuerbaren Zellen CE angrenzen. Gemäß anderen Ausführungsformen kann eine höher dotierte Barrieren- bzw. Sperrschicht sandwichartig zwischen den Bodyzonen 115 und der Driftzone 121 angeordnet sein. In der Driftzone 121 kann eine Dotierstoffkonzentration mit zunehmender Distanz zur ersten Oberfläche 101 zumindest in Teilen ihrer vertikalen Ausdehnung allmählich oder in Schritten zunehmen oder abnehmen. Gemäß anderen Ausführungsformen kann die Dotierstoffkonzentration in der kompletten Driftzone 121 annähernd gleichmäßig sein. Eine mittlere Dotierstoffkonzentration in der Driftzone 121 kann zwischen 1E12 cm–3 und 1E15 cm-3, zum Beispiel in einem Bereich von 5E12 cm–3 bis 5E13 cm–3, liegen.
  • Eine Sockelschicht 130, die entlang einer zweiten Oberfläche 102 an einer gegenüberliegenden Rückseite ausgebildet ist, grenzt direkt an eine zweite Lastelektrode 320, welche einen Kollektoranschluss C bilden kann oder welche mit solch einem elektrisch verbunden sein kann. Die Sockelschicht 130 enthält erste Zonen 131 des Leitfähigkeitstyps der Bodyzonen 115 und zweite Zonen 132 des Leitfähigkeitstyps der Driftstruktur 120. Die ersten und zweiten Zonen 131, 132 erstrecken sich jeweils von der Driftstruktur 120 zur zweiten Lastelektrode 320. Die ersten Zonen 131 sind als rückseitige Emitterzonen wirksam, die Minoritätsladungsträger in die Driftstruktur 120 in einer leitenden Phase des in Durchlassrichtung gepolten Zustands injizieren. Die zweiten Zonen 132 sind wirksam als Kollektorkurzschlüsse, die die rückseitigen Emitterzonen in dem RC-Modus umgehen.
  • Die ersten Zonen 131 können sich mit den zweiten Zonen 132 in einem bimodalen Bereich 620 des RC-IGBT 501 abwechseln. Gemäß dem bimodalen Bereich 620 kann der RC-IGBT 501 einen Steuer- bzw. Pilotbereich (engl. pilot region) 610 mit einer Pilotzone 133 enthalten, wobei eine horizontale Ausdehnung der Pilotzone 133 zumindest doppelt, zum Beispiel wenigstens zehnmal, so groß wie eine horizontale Ausdehnung der ersten Zonen 131 in dem bimodalen Bereich 620 ist. Die Pilotzone 133 unterstützt eine Zündung der leitenden Phase des in Durchlassrichtung gepolten Zustands.
  • Die Dotierstoffkonzentrationen in den ersten und zweiten Zonen 131, 132 und, falls anwendbar in der Pilotzone 133, sind ausreichend hoch, um einen niedrigen ohmschen Kontakt mit der zweiten Lastelektrode 320 sicherzustellen. Zum Beispiel kann eine maximale Dotierstoffkonzentration entlang der zweiten Oberfläche 102 in p-dotierten ersten, zweiten oder Pilotzonen 131, 132, 133 mindestens 1E16 cm–3, zum Beispiel mindestens 5E17 cm–3, betragen. Eine maximale Dotierstoffkonzentration in n-dotierten ersten, zweiten oder Pilotzonen 131, 132, 133 kann mindestens 1E18 cm–3 betragen.
  • Die Driftstruktur 120 kann eine Feldstoppschicht 128 des Leitfähigkeitstyps der Driftzone 121 enthalten, wobei die Feldstoppschicht 128 die Driftzone 121 von der Sockelschicht 130 trennt. Eine mittlere Netto-Dotierstoffkonzentration in der Feldstoppschicht 128 ist mindestens doppelt so hoch wie eine maximale Netto-Dotierstoffkonzentration in der Driftzone 121 und höchstens halb so hoch wie die mittlere Dotierstoffkonzentration in den zweiten Zonen 132 der Sockelschicht 130. Die Driftstruktur 120 kann weitere dotierte Zonen enthalten, zum Beispiel Zonen, die eine Kompensationsstruktur bilden, Barrieren- bzw. Sperrzonen, um eine Dichte eines Ladungsträgerplasmas lokal zu erhöhen, und/oder Pufferzonen, die das elektrische Feld lokal formen.
  • 2B bezieht sich auf eine MCD 502 oder eine Halbleitervorrichtung mit einer MCD 502. Die Source- und Bodyzonen der steuerbaren Zellen CE können mit der ersten Lastelektrode 310 elektrisch verbunden sein, welche einen Anodenanschluss A bilden oder welche mit einem solchen elektrisch verbunden sein kann. Die Gateelektroden der steuerbaren Zellen CE können mit einem Gateanschluss oder mit der ersten Lastelektrode 310 elektrisch verbunden sein. Die Sockelschicht 130 ist eine hochdotierte Schicht des Leitfähigkeitstyps der Driftzone 121, wobei eine maximale Netto-Dotierstoffkonzentration in der Sockelschicht 130 entlang der zweiten Oberfläche 102 einen niedrigen ohmschen Kontakt mit der zweiten Lastelektrode 320 sicherstellt, welche einen Kathodenanschluss K bildet oder welche mit einem solchen elektrisch verbunden ist. Für weitere Details wird auf die Beschreibung des RC-IGBT 501 von 2A verwiesen.
  • Das Gesamtflächenverhältnis von Entsättigungsinjektionszellen AC1 zu Sättigungsinjektionszellen AC2 kann von 1:1 bis 1:10000, zum Beispiel von 1:20 bis 1:500, reichen. Das Gesamtflächenverhältnis von Transistorzellen TC zu Injektionszellen AC1, AC2 kann in einem Bereich von 200:1 bis 1:50, zum Beispiel von 10:1 bis 1:10, liegen. Eine Platzierung bzw. Anordnung der Sättigungs- und Entsättigungsinjektionszellen AC2, AC1 kann von der Position der ersten, zweiten und Pilotzonen 131, 132, 133 an einer Rückseite unabhängig sein bzw. damit nicht in Beziehung stehen.
  • In 3A enthält der RC-IGBT 501 einen bimodalen Bereich 620, und vergleichsweise kleine erste Hilfszellen AC1 sind in innerhalb des kompletten bimodalen Bereichs 620 gleichmäßig verteilt. Gleichmäßig verteilte Entsättigungsinjektionszellen AC1 vermeiden hohe lokale Stromdichten während einer Kommutierung. Ein lawineninduzierter Teil einer Umkehr-Erholungsladung Qrr kann klein gehalten werden. Gemäß anderen Ausführungsformen sind die Sättigungs- und Entsättigungsinjektionszellen AC2, AC1 an der Vorderseite mit dem Muster der ersten, zweiten und Pilotzonen 131, 132, 133 an der Rückseite ausgerichtet.
  • In 3B sind die Entsättigungsinjektionszellen AC1 in einem bimodalen Bereich 620 platziert, der einen Pilotbereich 610 umgibt. In einem Teil des Halbleiterkörpers 100, der zur Rückseite orientiert ist, fließt der Rückwärts- bzw. Sperrstrom hauptsächlich in dem bimodalen Bereich 620 während der Sättigungsperiode der RC-Modus. Durch Anordnen der Entsättigungsinjektionszellen AC1 allein in dem bimodalen Bereich 620 fließt der Sperrstrom nahezu ausschließlich in dem bimodalen Bereich 620 über die komplette vertikale Ausdehnung des Halbleiterkörpers 100 kurz vor einer Kommutierung. Ein Injizieren, während der Entsättigungsperiode, von Ladungsträgern ausschließlich in dem bimodalen Bereich 620 hat zur Folge, dass das Ladungsträgerplasma in dem bimodalen Bereich 620 konzentriert wird. Als eine Konsequenz hat ein Kommutierungsladungsträgerstrom keine oder nur eine schwache horizontale Komponente und erzeugt keinen ausreichenden horizontalen Spannungsabfall, um eine Ladungsträgerinjektion vom Pilotbereich 610 zu zünden. Eine unerwünschte Zündung der Pilotzone 133 wird verhindert.
  • Wie in 3B veranschaulicht ist, kann eine zusammenhängende (engl. contiguous) Entsättigungsinjektionszelle AC1 den Pilotbereich 610 umgeben, wobei die Entsättigungsinjektionszelle AC1 zu dem bimodalen Bereich 620 zentriert ist, der den Pilotbereich 610 umgibt. Eine resultierende Sperrstromverstärkung des Pilotbereichs 610 ist gering. Gemäß anderen Ausführungsformen kann eine Mehrzahl an isolierten Entsättigungsinjektionszellen AC1 in einem Streifen angeordnet sein, der zum bimodalen Bereich 620 zentriert ist und den Pilotbereich 610 umgibt.
  • 3C bis 3D zeigen RC-IGBTs 501 mit den Entsättigungsinjektionszellen AC1, die in dem Pilotbereich 610 in der vertikalen Projektion der Pilotzone 133 ausgebildet sind. Die Entsättigungsinjektionszellen AC1 erhöhen lokal die Sperrstromverstärkung des Pilotbereichs 610 und können auf diese Weise die Sanftheit eines Schaltvorgangs des RC-IGBT 501 verbessern. Minoritätsladungsträger, die vorher durch die Entsättigungsinjektionszellen AC1 injiziert worden sind, zum Beispiel Löcher im Fall eines n-Kanal-RC-IGBT 501, können die Pilotzone 133 während einer Kommutierung zünden, so dass ein durch die Bodyzonen 115, die Driftstruktur 120 und die Pilotzone 133 ausgebildeter Bipolartransistor einschaltet. Eine Zündung der Pilotzone 133 kann eine Sanftheit des Schaltverhaltens und eine Robustheit gegen Oszillationen auf Kosten erhöhter Schaltverluste verbessern.
  • In dem RC-IGBT 501 von 3C ist/sind eine oder eine kleine Anzahl von Entsättigungsinjektionszellen AC1 in der Mitte der Pilotzone 133 platziert, um die horizontalen Weglängen von Ladungsträgern zu vergrößern, die vorher durch die Entsättigungsinjektionszellen AC1 injiziert wurden.
  • In 3D sind die ersten Entsättigungsinjektionszellen AC1 symmetrisch in den Rändern des Pilotbereichs 610 und nahe zum bimodalen Bereich 620 platziert, um einen Ausgleich zwischen geringen Schaltverlusten und hoher Sanftheit eines Schaltvorgangs zu erreichen.
  • 4 zeigt mögliche Positionen von Entsättigungsinjektionszellen AC11, AC12, AC13 in einem RC-IGBT 501 mit erweiterten zweiten Zonen 132, die Kollektorkurzschlüsse für den RC-Modus liefern. Gemäß einer Ausführungsform mit den Entsättigungsinjektionszellen AC11, die in der vertikalen Projektion der zweiten Zonen 132 und in einer großen horizontalen Distanz z1 zu der angrenzenden ersten Zone 131 platziert sind, fließt ein Umkehr- bzw. Sperrstrom durch den Halbleiterkörper 100 während einer Entsättigung hauptsächlich in einer vertikalen Richtung zwischen den zweiten Zonen 132 und den Entsättigungsinjektionszellen AC11. Eine Dichte des Ladungsträgerplasmas bleibt in der vertikalen Projektion der ersten Zonen 131 niedrig. Wenn der RC-IGBT kommutiert, hat der resultierende Kommutierungsladungsträgerstrom keine oder nur eine schwache horizontale Komponente, erzeugt kein oder nur einen geringen horizontalen Spannungsabfall entlang den pn-Übergängen zwischen den ersten Zonen 131 und der Driftstruktur 120 und zündet den durch die Bodyzonen 115 der steuerbaren Zellen CE, die Driftstruktur 120 und die ersten Zonen 131 gebildeten Bipolartransistor nicht.
  • Indem man die Entsättigungsinjektionszellen AC12, AC13 bei einer kleinen horizontalen Distanz z2 zu den ersten Zonen 131 in der vertikalen Projektion der zweiten Zonen 132 und/oder bei einer horizontalen Distanz z3 zu den zweiten Zonen 132 in der vertikalen Projektion der ersten Zonen 131 platziert, ergibt sich eine erhöhte Dichte des Ladungsträgerplasmas in der vertikalen Projektion der ersten Zonen 131, so dass ein Ladungsträgerstrom während einer Kommutierung eine horizontale Komponente hat. Der resultierende horizontale Spannungsabfall kann eine Zündung des Bipolartransistors auslösen, so dass eine Sanftheit des Schaltvorgangs verbessert werden kann, falls auf Kosten erhöhter Schaltverluste anwendbar. Eine Platzierung bzw. Anordnung der Entsättigungsinjektionszellen AC11, AC12, AC13 bezüglich der zweiten Zonen 132, die die Kollektorkurzschlüsse bilden, sowie Anzahl und laterale Ausdehnung der Entsättigungsinjektionszellen AC1 bestimmen die Bedingungen, unter welchen der Kommutierungsladungsträgerstrom eine Ladungsträgerinjektion von den ersten Zonen 131 auslöst.
  • Die Entsättigungsinjektionszellen AC1 unterscheiden sich von den Sättigungsinjektionszellen AC2 insofern, als die Entsättigungsinjektionszellen AC1 eine höhere Schwellenspannung aufweisen, bis zu welcher sie Ladungsträger bei hohem Wirkungsgrad injizieren. Dieser Effekt kann erzielt werden beispielsweise durch eine Variation von geometrischen Abmessungen und/oder Dotierstoffgradienten in den Injektionszellen AC1, AC2.
  • 5A bis 5C verweisen auf RC-IGBTs 501 oder andere Halbleitervorrichtungen, die einen RC-IGBT 501 mit Entsättigungsinjektionszellen AC1 enthalten, die durch eine lokale Variation einer Barrieren- bzw. Sperrstruktur 125 zwischen den Bodyzonen 115 der Injektionszellen AC1, AC2 und der Driftzone 121 ausgebildet sind.
  • Der RC-IGBT 501 basiert auf einem Halbleiterkörper 100, wie er bezüglich 1A bis 1C im Detail beschrieben wurde, wobei der Halbleiterkörper 100 eine Driftstruktur 120 eines ersten Leitfähigkeitstyps enthält, eine Bodyzone 115 eines zweiten, entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps zwischen der ersten Oberfläche 101 und der Driftstruktur 120 sowie eine Sockelschicht 130, die zwischen der Driftstruktur 120 und der zweiten Oberfläche 102 sandwichartig angeordnet ist.
  • Für den veranschaulichten n-Kanal-RC-IGBT 501 ist der erste Leitfähigkeitstyp ein n-Typ, und der zweite Leitfähigkeitstyp ist ein p-Typ. Ähnliche Betrachtungen wie im Folgenden skizziert finden Anwendung auf p-Kanal-RC-IGBTs, wobei der erste Leitfähigkeitstyp ein p-Typ ist und der zweite Leitfähigkeitstyp ein n-Typ ist.
  • Die Driftstruktur 120 enthält eine Driftzone 121 mit einer Dotierstoffkonzentration, die mit zunehmender Distanz zur ersten Oberfläche 101 zumindest in Abschnitten bzw. Teilen ihrer vertikalen Ausdehnung allmählich oder in Schritten zunehmen oder abnehmen kann. Gemäß anderen Ausführungsformen kann die Dotierstoffkonzentration in der Driftzone 121 annähernd gleichmäßig sein. Für einen auf Silizium basierenden RC-IGBT 501 kann die mittlere Dotierstoffkonzentration in der Driftzone 121 zwischen 1E12 cm–3 und 1E15 cm–3, zum Beispiel in einem Bereich von 5E12 cm–3 bis 1E14 cm–3, liegen. Im Fall eines auf SiC basierenden RC-IGBT 501 kann die mittlere Dotierstoffkonzentration in der Driftzone 121 zwischen 5E14 cm–3 und 1E17 cm–3, zum Beispiel in einem Bereich von 1E15 cm–3 bis 1E16 cm–3, liegen.
  • Die Sockelschicht 130 enthält erste Zonen 131 des Leitfähigkeitstyps der Bodyzonen 115 und zweite Zonen 132 des Leitfähigkeitstyps der Driftzone 121. Die ersten Zonen 131 sind als rückseitige Emitterzonen wirksam, die in der leitenden Phase Minoritätsladungsträger in die Driftzone 121 injizieren. Die zweiten Zonen 132 bilden Kollektorkurzschlüsse, die die ersten Zonen 131 in dem RC-Modus umgehen. Verunreinigungskonzentrationen in den ersten und zweiten Zonen 131, 132 sind ausreichend hoch, um einen ohmschen Kontakt mit einem Metall zu bilden, das direkt an die zweite Oberfläche 102 angrenzt. Eine mittlere Dotierstoffkonzentration für p-Typ-Zonen kann mindestens 1E16 cm–3, zum Beispiel 5E17 cm–3, betragen, und eine mittlere Dotierstoffkonzentration für n-Typ-Zonen kann mindestens 1E18 cm–3, zum Beispiel mindestens 5E19 cm–3, betragen.
  • Die Driftstruktur 120 kann eine Feldstoppschicht 128 des Leitfähigkeitstyps der Driftzone 121 enthalten. Die Feldstoppschicht 128 trennt die Sockelschicht 130 von der Driftzone 121, wobei eine mittlere Dotierstoffkonzentration in der Feldstoppschicht 128 um zumindest 50% zum Beispiel um zumindest eine Größenordnung, geringer sein kann als die mittlere Dotierstoffkonzentration in den zweiten Zonen 132 der Sockelschicht 130 und um zumindest 100% das heißt um zumindest eine Größenordnung, höher als in der Driftzone 121 sein kann.
  • Die ersten und zweiten Zonen 131, 132 der Sockelschicht 130 erstrecken sich jeweils von der zweiten Oberfläche 102 zur Feldstoppschicht 128 oder, bei Fehlen einer Feldstoppschicht, zur Driftzone 121. Die ersten Zonen 131 können Punkte sein, die ein Gitter bildend von zweiten Zonen 132 horizontal eingebettet sind, oder umgekehrt. Gemäß anderen Ausführungsform können die ersten und zweiten Zonen 131, 132 beispielsweise Streifen sein, die parallel zu einer ersten horizontalen Richtung verlaufen, oder können geschachtelte (engl. nested) rechtwinklige Rahmen bilden. Steuerstrukturen 150 von Transistorzellen TC, Sättigungsinjektionszellen AC2 und Entsättigungsinjektionszellen AC1 erstrecken sich von der ersten Oberfläche 101 in die Driftzone 121. Abschnitte bzw. Teile des Halbleiterkörpers 100 zwischen benachbarten Steuerstrukturen 150 bilden Zellen-Mesastrukturen 170.
  • Die Steuerstrukturen 150 können Streifen sein, die sich entlang einer Ausdehnungsrichtung der Zellen-Mesastrukturen 170 erstrecken. Gemäß einer Ausführungsform kann die Ausdehnungsrichtung ausschließlich parallel zu einer ersten horizontalen Richtung sein, so dass die Zellen-Mesastrukturen 170 und die Steuerstrukturen 150 gerade Streifenstrukturen sind. Gemäß einer anderen Ausführungsform ändert sich die Ausdehnungsrichtung bezüglich der ersten horizontalen Richtung so, dass die Zellen-Mesastrukturen 170 und die Steuerstrukturen 150 gestaffelte bzw. versetzte Streifen bilden.
  • Die Zellen-Mesastrukturen 170 können in einer gleichmäßigen Distanz von Mitte zu Mitte von zum Beispiel 400 nm bis 20 μm, beispielsweise 800 nm bis 2 μm, regelmäßig angeordnet sein. Eine Distanz zwischen der ersten Oberfläche 101 und dem Boden der Steuerstrukturen 150 kann von 1 μm bis 30 μm, zum Beispiel von 2 μm bis 6 μm, reichen. Eine laterale Breite der Zellen-Mesastrukturen 170 kann von 0,05 μm bis 10 μm, zum Beispiel von 0,1 μm bis 1 μm, reichen.
  • Die Steuerstrukturen 150 enthalten eine Gateelektrode 155 und ein Gatedielektrikum 151, das die Gateelektrode 155 vom Halbleiterkörper 100 trennt. Die Gateelektrode 155 kann eine homogene Struktur sein oder kann eine geschichtete Struktur aufweisen, die eine oder mehrere leitfähige Schichten umfasst. Gemäß einer Ausführungsform kann die Gateelektrode 155 hochdotiertes polykristallines Silizium enthalten oder daraus bestehen. Die Gateelektroden 155 können mit einem Gateanschluss G elektrisch verbunden sein.
  • Das Gatedielektrikum 151 kann ein Halbleiteroxid, zum Beispiel thermisch gewachsenes oder abgeschiedenes Siliziumoxid, ein Halbleiternitrid, zum Beispiel abgeschiedenes oder thermisch gewachsenes Siliziumnitrid, oder ein Halbleiteroxinitrid, zum Beispiel Siliziumoxinitrid, enthalten oder daraus bestehen.
  • Transistorzellen TC, Sättigungsinjektionszellen AC2 und Entsättigungsinjektionszellen AC1 können entlang einer horizontalen Richtung direkt miteinander verkettet bzw. verknüpft sein.
  • 5A zeigt Transistorzellen TC, Sättigungsinjektionszellen AC2 und Entsättigungsinjektionszellen AC1, die entlang einer ersten horizontalen Richtung, die durch die Längsachsen der Steuerstrukturen 150 definiert ist, direkt verkettet sind. Transistorzellen TC, Sättigungsinjektionszellen AC2 und Entsättigungsinjektionszellen AC1 können direkt aneinander angrenzen, wobei Übergänge zwischen den verschiedenen Zellentypen graduell bzw. allmählich oder abrupt verlaufen können. Gemäß anderen Ausführungsformen sind die Transistorzellen TC und die Entsättigungsinjektionszellen AC1 entlang verschiedenen Steuerstrukturen 150 parallel zueinander verlaufend ausgebildet.
  • Die Bodyzonen 115 sind in ersten Sektionen der Zellen-Mesastrukturen 170 ausgebildet, die zur ersten Oberfläche 101 orientiert sind, und können in den Sättigungs- und Entsättigungsinjektionszellen AC2, AC1 direkt an die erste Oberfläche 101 angrenzen. Eine mittlere Netto-Verunreinigungskonzentration in den Bodyzonen 115 kann im Bereich von 1E16 cm–3 bis 5E18 cm–3, zum Beispiel zwischen 1E17 cm–3 und 5E17 cm–3, liegen. Jede Bodyzone 115 kann einen ersten pn-Übergang pn1 mit der Driftstruktur 120 bilden.
  • Teile der den Transistorzellen TC zugeordneten Zellen-Mesastrukturen 170 enthalten Sourcezonen 110, die zweite pn-Übergänge pn2 mit den Bodyzonen 115 der Transistorzellen TC bilden. Teile der den Sättigungs- und Entsättigungsinjektionszellen AC2, AC1 zugeordneten Zellen-Mesastrukturen 170 können ohne jegliche Sourcezone vorliegen bzw. vorhanden sein oder können Sourcezonen ohne Verbindung zur ersten Lastelektrode 310 enthalten.
  • Die Sourcezonen 110 können in Wannen ausgebildet sein, die von der ersten Oberfläche 101 in die Bodyzonen 115 verlaufen, und definieren die Transistorzellen TC, welche entlang einer horizontalen Längsachse der jeweiligen Zellen-Mesastruktur 170 angeordnet sind. Abgeschattete (engl. shadowed) Bereiche ohne Sourcezonen 110 trennen benachbarte Transistorzellen TC, die der gleichen Zellen-Mesastruktur 170 zugeordnet sind, wobei in den abgeschatteten Bereichen die Bodyzonen 115 der Sättigungs- und Entsättigungsinjektionszellen AC2, AC1 direkt an die erste Oberfläche 101 grenzen. Transistorzellen TC und abgeschattete Bereiche wechseln sich entlang der Längsachse der jeweiligen Zellen-Mesastruktur 170 ab.
  • Eine Distanz zwischen benachbarten Sourcezonen 110, die entlang der Längsachse angeordnet sind, kann in einem Bereich von 1 μm bis 200 μm, zum Beispiel in einem Bereich von 3 μm bis 100 μm, liegen.
  • Eine dielektrische Struktur 200 kann die erste Lastelektrode 310 von der ersten Oberfläche 101 trennen. Die dielektrische Struktur 200 kann eine oder mehrere dielektrische Schichten beispielsweise aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, dotiertem oder nicht dotiertem Siliziumglas, zum Beispiel BSG (Borsilikatglas), PSG (Phosphorsilikatglas) oder BPSG (Borphosphorsilikatglas) umfassen.
  • Die erste Lastelektrode 310 kann einen Emitteranschluss E bilden oder kann mit einem Emitteranschluss E des RC-IGBT 501 elektrisch gekoppelt oder verbunden sein.
  • Kontaktstrukturen 315 erstrecken sich von der Lastelektrode 310 durch die dielektrische Struktur 200 in den Halbleiterkörper 100. Die Kontaktstrukturen 310 verbinden die erste Lastelektrode 310 elektrisch mit den Sourcezonen 110 und den Bodyzonen 115. Eine Mehrzahl räumlich getrennter Kontaktstrukturen 315 kann direkt an die jeweilige Zellen-Mesastruktur 170 grenzen, wobei zumindest einige der Kontaktstrukturen 315 den Sourcezonen 110 zugeordnet sein können. Andere Ausführungsformen können streifenförmige Kontaktstrukturen 315 vorsehen, die sich entlang der gesamten longitudinalen Ausdehnung der jeweiligen Zellen-Mesastruktur 170 erstrecken und die direkt an die Bodyzonen 115 in den abgeschatteten Bereichen grenzen.
  • Eine zweite Lastelektrode 320 grenzt direkt an die zweite Oberfläche 102 und die Sockelschicht 130. Die zweite Lastelektrode 320 kann einen Kollektoranschluss C bilden oder mit solch einem elektrisch verbunden sein.
  • Jede der ersten und zweiten Lastelektroden 310, 320 kann als Hauptbestandteil(e) aus Aluminium (Al), Kupfer (Cu) oder Legierungen aus Aluminium oder Kupfer, zum Beispiel AlSi, AlCu oder AlSiCu, bestehen oder diese enthalten. Gemäß anderen Ausführungsformen kann zumindest eine der ersten und zweiten Lastelektroden 310, 320 als Hauptbestandteil(e) Nickel (Ni), Titan (Ti), Wolfram (W), Tantal (Ta), Silber (Ag), Gold (Au), Platin (Pt) und/oder Palladium (Pd) enthalten. Zum Beispiel kann zumindest eine der ersten und zweiten Lastelektroden 310, 320 zwei oder mehr Sub- bzw. Teilschichten enthalten, wobei jede Teilschicht eines oder mehrere von Ni, Ti, Ag, Au, Pt, W und Pd als Hauptbestandteil(e), zum Beispiel ein Silizid, ein Nitrid und/oder eine Legierung, enthält.
  • Die Zellen-Mesastrukturen 170 enthalten ferner eine Barrieren- bzw. Sperrstruktur 125, die zwischen den Bodyzonen 115 und der Driftzone 121 sandwichartig so angeordnet ist, dass die Sperrstruktur 125 die ersten pn-Übergänge pn1 mit den Bodyzonen 115 und unipolare Homoübergänge mit der Driftzone 121 bildet. Die Sperrstruktur 125 hat den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Driftzone 121. Eine mittlere Dotierstoffkonzentration in der Sperrstruktur 125 ist zumindest zehnmal so hoch wie die mittlere Dotierstoffkonzentration in der Driftzone 121. Gemäß einer Ausführungsform kann die mittlere Dotierstoffkonzentration in der Sperrstruktur 125 von 1E16 cm–3 bis 1E18 cm–3, zum Beispiel von 1E17 cm–3 bis 5E17 cm–3, reichen. Die Verunreinigungen in der Sperrstruktur 125 können im Fall eines n-Kanal-IGBT 501 Phosphor-(P), Arsen-(As), Selen-(Se) und/oder Schwefel-(S) Atome/Ionen sein.
  • Gemäß anderen Ausführungsformen kann die Sperrstruktur 125 innerhalb der Bodyzonen 115 so eingebettet sein, dass Teile der Bodyzonen 115 die Sperrstruktur 125 von der Driftzone 121 trennen. Gemäß weiteren Ausführungsformen ist die Sperrstruktur 125 innerhalb der Driftzone 121 in einer Distanz zu den ersten pn-Übergängen pn1 ausgebildet.
  • In der leitenden Phase des in Durchlassrichtung gepolten Zustands bildet die Sperrstruktur 125 eine Barriere bzw. Sperre für Ladungsträger, um aus dem Ladungsträgerplasma zu entkommen, und erhöht eine Dichte des Ladungsträgerplasmas. Ferner rekombinieren in der höher dotierten Sperrstruktur 125 Minoritätsladungsträger bei einer höheren Rate, so dass die Sperrstruktur 125 den Emitterwirkungsgrad für Minoritätsladungsträger bezüglich der Driftzone 121 reduziert. Die Sperrstruktur 125 ist zumindest in den Sättigungsinjektionszellen AC2 ausgebildet und kann auch in den Transistorzellen TC ausgebildet sein.
  • 5C zeigt Lücken 125a in der Sperrstruktur 125. Die Lücken 125a erhöhen lokal einen Emitterwirkungsgrad bezüglich der Driftzone 121 und definieren die Entsättigungsinjektionszellen AC1.
  • Der n-Kanal-RC-IGBT 501 von 6A zeigt lokal verkleinerte bzw. dünn ausgebildete Teile 125b der Sperrstruktur 125, die die Entsättigungsinjektionszellen AC1 definieren. In den Entsättigungsinjektionszellen AC1 beträgt die mittlere Dotierstoffkonzentration/dosis in den dünn ausgebildeten Teilen 125b höchstens 50%, zum Beispiel höchstens 10%, der Dotierstoffkonzentration/dosis in Teilen der Sperrstruktur 125 außerhalb der dünn ausgebildeten Teile 125b in den Entsättigungsinjektionszellen AC1.
  • In 6B enthält ein RC-IGBT 501 Sättigungsinjektionszellen AC2 in schmalen Abschnitten bzw. Teilen von Zellen-Mesastrukturen 170, wobei die schmalen Teile eine schmale Mesastrukturbreite y1 aufweisen, und Entsättigungsinjektionszellen AC1 in breiten Teilen von Zellen-Mesastrukturen 170, wobei die breiten Teile eine breite Mesastrukturbreite y2 aufweisen. In den Entsättigungsinjektionszellen AC1 ist der lokale Injektionswirkungsgrad pro Zellenlängeneinheit höher als in den Sättigungsinjektionszellen AC2. Da aber die gesamte Fläche, die Sättigungsinjektionszellen AC2 zugeordnet ist, größer als die gesamte Fläche ist, die Entsättigungsinjektionszellen AC1 zugeordnet ist, kann für VGE < Vthp die Gesamtinjektion durch die Sättigungsinjektionszellen AC2 die Gesamtinjektion durch die Entsättigungsinjektionszellen AC1 übersteigen.
  • In 6C enthält ein RC-IGBT 501 Sättigungsinjektionszellen AC2 in schmalen Zellen-Mesastrukturen 170x mit einer schmalen Mesastrukturbreite y1 und Entsättigungsinjektionszellen AC1 in breiten Zellen-Mesastrukturen 170y mit einer breiten Mesastrukturbreite y2. Gemäß einer Ausführungsform kann die breite Mesastrukturbreite y2 in einem Bereich von 100 nm bis 20 μm, zum Beispiel in einem Bereich von 300 nm bis 1000 nm oder von 400 nm bis 800 nm, liegen, wohingegen die schmale Mesastrukturbreite y1 in einem Bereich von 10 bis 400 nm, zum Beispiel in einem Bereich von 50 bis 200 nm, liegen kann und wobei die breite Mesastrukturbreite y2 um zumindest 90 nm größer als die schmale Mesastrukturbreite y1 ist.
  • Die. Transistorzellen TC können in den schmalen Zellen-Mesastrukturen 170x, in den breiten Zellen-Mesastrukturen 170y oder in beiden von ihnen ausgebildet sein. Obwohl in den Entsättigungsinjektionszellen AC1 der lokale Injektionswirkungsgrad pro Zellenlängeneinheit höher als in den Sättigungsinjektionszellen AC2 sein kann, kann für VGE < Vthp die Gesamtinjektion durch die Sättigungsinjektionszellen AC2 die Gesamtinjektion durch die Entsättigungsinjektionszellen AC1 übersteigen, falls die den Sättigungsinjektionszellen AC2 zugeordnete Gesamtfläche ausreichend groß bezüglich der den Entsättigungsinjektionszellen AC1 zugeordneten Gesamtfläche ist.
  • Die Ausführungsformen der 6A bis 6C können miteinander kombiniert werden. Zum Beispiel kann der RC-IGBT 501 von 6C eine gemusterte Sperrstruktur 125 wie in 6A veranschaulicht oder eine nicht gemusterte Sperrstruktur 125 oder keine Sperrstruktur enthalten.
  • 7A bis 7C beziehen sich auf n-Kanal-RC-IGBTs 501 mit flaschenförmigen Steuerstrukturen 150. Die Steuerstrukturen 150 umfassen ausgebauchte Sektionen 150a und schmale Sektionen 150b zwischen den ausgebauchten Sektionen 150a und der ersten Oberfläche 101, wobei die schmalen Sektionen 150b sich von der ersten Oberfläche 101 hinab zu zumindest dem ersten pn-Übergang pn1 erstrecken. Die schmalen Sektionen 150b haben eine Breite wc1. In den ausgebauchten Sektionen 150a haben die Steuerstrukturen 150 eine maximale Breite wc2, welche größer als die erste Breite wc1 ist. Die maximale Breite wc2 ist um zumindest 50 nm, zum Beispiel zumindest 100 nm, größer als die Breite wc1 der schmalen Sektionen 150b.
  • Dementsprechend weisen die Zellen-Mesastrukturen 170 breite Sektionen 170b auf, die zwischen benachbarten schmalen Sektionen 150b der Steuerstrukturen 150 sandwichartig angeordnet sind, und Flaschenhalssektionen 170a, die zwischen benachbarten ausgebauchten Sektionen 150a der Steuerstrukturen 150 sandwichartig angeordnet sind. Die breiten Sektionen 170b umfassen zumindest die Bodyzonen 115 und die ersten pn-Übergänge pn1 sowie Abschnitte bzw. Teile der Driftzone 121. Eine Mesastrukturbreite wm1a der breiten Sektionen 170b in Teilen der Zellen-Mesastrukturen 170, die Transistorzellen TC und Sättigungsinjektionszellen AC2 zugeordnet sind, liegt in einem Bereich von 100 nm bis 900 nm, zum Beispiel in einem Bereich von 300 nm bis 800 nm. Eine minimale Mesastrukturbreite wm2a der Flaschenhalssektionen 170a in Teilen von Zellen-Mesastrukturen 170, die Transistorzellen TC und Sättigungsinjektionszellen AC2 zugeordnet sind, können in einem Bereich von 10 nm bis 400 nm, zum Beispiel in einem Bereich von 50 nm bis 200 nm, liegen. Die Flaschenhalssektionen 170a umfassen Teile der Driftzone 121 und können jeweils Teile einer Barrieren- bzw. Sperrstruktur enthalten.
  • Mesastrukturbreiten der Zellen-Mesastrukturen 170 in den Sättigungsinjektionszellen AC2 können die gleichen wie in den Transistorzellen TC sein. Teile der Zellen-Mesastrukturen 170, die den Entsättigungsinjektionszellen AC1 zugeordnet sind, können breiter sein als Teile von Zellen-Mesastrukturen 170, die den Sättigungsinjektionszellen AC2 zugeordnet sind. Zum Beispiel ist eine Breite wm2b von schmalen Teilen der Flaschenhalssektionen 170a der Teile von Zellen-Mesastrukturen 170 in den Entsättigungsinjektionszellen AC1 zumindest 10% größer, zum Beispiel zumindest 30% größer, als eine Breite wm2a von schmalen Teilen der Flaschenhalssektionen 170a von Teilen der Zellen-Mesastrukturen 170 in den Sättigungsinjektionszellen AC2. Zum Beispiel kann die Breite wm2b um mindestens 50 nm, zum Beispiel zumindest 150 nm, größer als die Breite wm2a sein.
  • Im Folgenden wird auf die Definition von Schwellenspannungen in 1B Bezug genommen. Wenn eine Gatespannung VGE, die niedriger als die zweite Schwellenspannung Vthp ist, an den Gateanschluss G angelegt wird, werden p-Typ-Inversionsschichten in der Driftzone 121 um die Steuerstrukturen 150 gebildet. Die Inversionsschichten sind mit den Bodyzonen 115 verbunden, welche wiederum mit der ersten Lastelektrode 310 verbunden sind, so dass die Inversionsschichten in der Driftzone 121 als Ladungsträgeremitter effektiv bzw. wirksam sind. Die injizierten Ladungsträger erhöhen eine Dichte des Ladungsträgerplasmas in der Driftzone 121. Eine hohe Dichte des Ladungsträgerplasmas hat einen niedrigen Durchgangswiderstand und eine niedrige Durchlassspannung der Sperrdiode in dem RC-Modus des RC-IGBT 501 während einer Sättigungsperiode zur Folge. Sowohl die bauchige Form der Gatestrukturen 150 als auch eine Sperrstruktur wie in 5A bis 5C veranschaulicht tragen dazu bei, die Spreizung zwischen den Injektionswirkungsgraden bei VGE < Vthp und bei VGE > Vthp zu vergrößern. Je größer die Spreizung ist, desto besser ist der Entsättigungswirkungsgrad in der Entsättigungsperiode.
  • Während einer Entsättigungsperiode des RC-Modus, die einer Kommutierung des RC-IGBT 501 vorausgeht, wird die Gatespannung VGE auf eine Spannung erhöht, die höher die zweite Schwellenspannung Vthp, aber niedriger als die weitere Schwellenspannung Vth0 ist. Die Inversionskanäle dissipieren. In den Sättigungsinjektionszellen AC2 schirmen die ausgebauchten Sektionen 150a der Steuerstrukturen 150 die Bodyzonen 115 gegen einen zusammenhängenden Teil bzw. Abschnitt der Driftstruktur 120 zwischen den Steuerstrukturen 150 und der Sockelschicht 130 ab. Der verbleibende Wirkungsgrad einer Ladungsträgerinjektion der Bodyzonen 115 in den Sättigungsinjektionszellen AC2 ist gering.
  • Stattdessen bewahren in den Entsättigungsinjektionszellen AC1 die Bodyzonen 115 eine vergleichsweise hohe Injektionsrate durch die breiteren Flaschenhalsteile 170a der Zellen-Mesastrukturen 170 trotz des Fehlens von p-Typ-Inversionsschichten entlang den Steuerstrukturen 150. Der gesamte Injektionswirkungsgrad der Entsättigungsinjektionszellen AC1 bleibt ausreichend hoch, um eine ausreichende Dichte eines Ladungsträgerplasmas in der Driftzone 121 während der Entsättigungsperiode und einen ausreichend geringen Durchlassspannungsabfall über die Sperrdiode sogar in der Entsättigungsperiode des RC-Modus sicherzustellen. Infolge der weniger kritischen Mesa-Strukturabmessungen in den Entsättigungsinjektionszellen AC2 ist der Durchlassspannungsabfall, der durch Entsättigungsinjektionszellen AC2 geregelt bzw. bestimmt wird, weniger anfällig für Abmessungsvariationen und Prozessfluktuationen.
  • Der RC-IGBT 501 kombiniert eine hohe Spreizung des gesamten Injektionswirkungsgrads und als Folge einen hohen Entsättigungswirkungsgrad mit einem ausreichenden minimalen Injektionswirkungsgrad in der Entsättigungsperiode und als Konsequenz ein stabiles Durchlassspannungsverhalten im RC-Modus.
  • 7D verweist auf ein Layout mit den Entsättigungsinjektionszellen AC1, die in breiten Zellen-Mesastrukturen 170y ausgebildet sind, die eine größere Mesastrukturbreite wm1b als eine Mesastrukturbreite wm1a von schmalen Zellen-Mesastrukturen 170x aufweisen, die die Sättigungsinjektionszellen AC2 oder die Sättigungsinjektionszellen AC2 und die Transistorzellen TC umfassen. Der Querschnitt entlang einer Linie B-B kann dem Querschnitt entlang einer Linie B-B in 7A entsprechen, wobei sich die Mesastrukturbreiten wm1a und wm1b auf die Breiten der breiten Mesa-Struktursektionen der Flaschenhals-Mesastrukturen beziehen. Die breiten Zellen-Mesastrukturen 170y können Sourcezonen 110 enthalten oder frei von Sourcezonen 110 sein. Transistorzellen TC und Sättigungsinjektionszellen AC1 können in den gleichen schmalen Zellen-Mesastrukturen 170x oder in verschiedenen schmalen Zellen-Mesastrukturen 170y ausgebildet sein.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform enthält die Driftstruktur 120 Barrieren- bzw. Sperrstrukturen wie in 5A bis 5C veranschaulicht, und die Seitenwände der breiten und schmalen Zellen-Mesastrukturen 170y, 170x können annähernd vertikal sein.
  • 8A bis 8C veranschaulichen die Korrelation der Vorwärts- bzw. Durchlassspannung VF der Sperrdiode in dem RC-Modus, der Speicherladung QF in der Driftzone 121 und der vertikalen Ausdehnung eines schmalen Teils der Flaschenhalssektion der Zellen-Mesastrukturen 170.
  • 8A zeigt Injektionszellen AC, deren Steuerstrukturen 150 eine gesamte vertikale Ausdehnung von etwa 5 μm haben. Die Steuerstrukturen 150 sind flaschenförmig mit einer minimalen Breite wc1 in einer schmalen Sektion 150b nahe der ersten Oberfläche 101 und einer maximalen Breite wc2 in einer ausgebauchten Sektion 150a in einer Distanz zur ersten Oberfläche 101. Die minimale Breite wc1 beträgt etwa 1 μm, und die maximale Breite wc2 beträgt etwa 1,2 μm.
  • Die Zellen-Mesastrukturen 170 enthalten Flaschenhalssektionen 170a mit einer Breite wm2 von etwa 200 nm in einem schmalen Teil von annähernd konstanter Breite und breite Sektionen 170b zwischen der ersten Oberfläche 101 und den Flaschenhalssektionen 170a mit einer Breite wm1 von etwa 400 nm. Die breiten Sektionen 170b enthalten die Bodyzonen 115. Eine Breite der ersten pn-Übergänge pn1 approximiert die Breite wm1 der breiten Sektionen 170b. Die vertikale Ausdehnung der schmalen Teile der Flaschenhalssektionen 170a kann in einem Bereich von 300 nm bis 4 μm liegen.
  • In 8B zeigen die durchgezogenen Linien 801–804 die Kollektor-Emitter-Spannung VCE in dem RC-Modus eines RC-IGBT, der die Injektionszellen AC von 8A enthält, als eine Funktion der Gatespannung VGE bei vertikalen Ausdehnungen der schmalen Teile der Flaschenhalssektionen 170a von 2,5 μm (801), 2,1 μm (802), 1,8 μm (803) und 1,5 μm (804). Die gepunkteten Linien 811, 812, 813, 814 zeigen die Speicherladung QF, welche dem Injektionswirkungsgrad proportional ist, bei einer vertikalen Ausdehnung der schmalen Teile der Flaschenhalssektionen der Zellen-Mesastrukturen 170 von 2,5 μm (811), 2,1 μm (812), 1,8 μm (813) und 1,5 μm (814). Der Strombetrag, der durch die Struktur fließt, hängt nicht von der Gatespannung VGE ab und liegt im Bereich des nominalen Werts.
  • 8C zeigt einen Teil des Diagramms von 8B um VGE = 0 detaillierter.
  • Sowohl die Kollektor-Emitter-Spannung VCE als auch die Speicherladung QF hängen stark von der Gatespannung VGE ab und variieren stark bei und um VG = 0 V. Der Kollektor-Emitter-Spannungsgradient 804, der einer vertikalen Ausdehnung des schmalen Teils von 1,5 μm zugeordnet ist, stellt einen geringen Durchlassspannungsabfall für die jeweilige Injektionszelle bei VG = 0 sicher, was der typische Gatespannungspegel für den Entsättigungsmodus eines dreistufigen entsättigbaren RC-IGBT ist. Auf der anderen Seite können Prozessfluktuationen zur Folge haben, dass die vertikale Ausdehnung der schmalen Teile der Flaschenhalssektionen kleiner als 1,8 μm ist, was den Kollektor-Emitter-Spannungsgradienten 802 und eine Durchlassspannung VF der betreffenden Injektionszellen AC von mehr als 100 V zur Folge hat.
  • Die Ausführungsformen ermöglichen eine Kombination von Injektionszellen AC mit dem Ladungsspeichergradienten 811, was eine hohe Spreizung der Ladungsspeicherung zwischen VGE = –15 V und VGE = 0 V sicherstellt, mit Injektionszellen mit einem Kollektor-Emitter-Spannungsgradienten, ähnlich dem Kollektor-Emitter-Spannungsgradienten 804, was einen geringen Spannungsabfall sogar bei einer Entsättigungs-Gatespannung VG = 0 V sicherstellt.
  • 9A bis 9B beziehen sich auf Ausführungsformen, die zusätzlich zu den ersten und zweiten Hilfszellen AC1, AC2 dritte Hilfszellen AC3 (Meta-Zellen) enthalten, um einen ausreichenden Grad einer Ladungsträgerinjektion sogar bei einer Gatespannung VGL1 aufrecht zu erhalten, die die erste Schwellenspannung Vthn übersteigt, was die Schwellenspannung für die MOS-gate-gesteuerten Kanäle durch die Bodyzonen 115 in den Transistorzellen TC ist.
  • Die Meta-Zellen AC3 können unter den Transistorzellen TC, den Sättigungsinjektionszellen AC2 und den Entsättigungsinjektionszellen AC1 gleichmäßig verteilt sein. Die Meta-Zellen AC3 sind so entworfen bzw. ausgelegt, dass sie einen ausreichend hohen Wirkungsgrad einer Ladungsträgerinjektion sogar bei Gatespannungspegeln oberhalb der ersten Schwellenspannung Vthn aufweisen. In einem n-Kanal-RC-IGBT sind die Meta-Zellen AC3 als Lochemitter wirksam, selbst wenn eine positive Gatespannung VGE Inversionskanäle durch die Bodyzonen 115 der Transistorzellen TC induziert.
  • In einem typischen dreistufigen Betriebsmdous für entsättigbare n-Kanal-RC-IGBTs wird eine negative Gatespannung VGE genutzt, um den Lochinjektionswirkungsgrad in Injektionszellen zu erhöhen. Eine Gatespannung VGE von etwa 0 V wird für eine Entsättigungsperiode angelegt, in der ein Injektionswirkungsgrad der Injektionszellen reduziert ist.
  • Auf der anderen Seite beinhalten typische Anwendungen von RC-IGBTs Treibereinheiten, die die Gatespannung des RC-IGBT steuern und einen Strom abfühlen, wobei die Treibereinheit den RC-IGBT einschalten kann, wenn der abgefühlte Strom unterhalb einer bestimmten Schwelle liegt, welche etwa 10% eines nominellen Kollektorstroms IC,nom sein kann, für den der RC-IGBT spezifiziert ist. Da für niedrige Ströme die Treibereinheiten typischerweise die tatsächliche Stromrichtung nicht immer zuverlässig feststellen bzw. detektieren, kann die Treibereinheit den RC-IGBT einschalten, selbst wenn die RC-IGBT in Sperrrichtung vorgespannt bzw. gepolt ist. Als Folge kann die Treibereinheit sogar in dem RC-Modus eine Gatespannung VGE von +15 V an den Gateanschluss des RC-IGBT anlegen. Für diesen Fall können die Meta-Zellen AC3 sicherstellen, dass genügend Löcher in die Driftstruktur 120 injiziert werden, um ein ausreichend dichtes Ladungsträgerplasma aufrecht zu erhalten und ein Weglaufen des Spannungsabfalls über die Sperrdiode im RC-Modus zu vermeiden. Die Meta-Zellen AC3 injizieren ausreichende Ladungsträger, um einen Bipolarstrom bei Gatespannungen oberhalb der ersten Schwellenspannung Vthn aufrecht zu erhalten.
  • Die drei Arten von Hilfszellen, die Sättigungsinjektionszellen AC2, Entsättigungsinjektionszellen AC1 und Meta-Zellen AC3 einschließen, ermöglichen, die Betriebsmodi unter Vthp, zwischen Vthp und Vth0 und über Vth0 im RC-Modus unabhängig voneinander anzupassen. Die Meta-Zellen AC3 können ausschließlich in den bimodalen Bereichen, zum Beispiel ausschließlich in der vertikalen Projektion von Kollektorkanälen 132, angeordnet sein. Die Meta-Zellen AC3 können einen reduzierten Anodenwirkungsgrad verglichen mit den Injektionszellen AC1 aufweisen. Die Meta-Zellen AC3 können durch lokale Abmessungsvariationen der Bodyzonen 115 oder durch eine Variation der vertikalen Dotierstoffprofile in den Zellen-Mesastrukturen 170 definiert werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform können die Bodyzonen 115 in den Mea-Zellen AC3 eine geringere Dotierstoffdosis/konzentration als die Bodyzonen 115 der Sättigungs- und Entsättigungsinjektionszellen AC2, AC1 aufweisen. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird eine Dotierstoffkonzentration in der Driftzone 121 entlang den ersten pn-Übergängen pn1 erhöht und kann eine lokale Sperrstruktur 125 oder einen lokal erweiterten Teil 125c einer Sperrstruktur 125 bilden, die sich entlang den ersten pn-Übergängen pn1 erstreckt. Gemäß anderen Ausführungsformen kann eine erhöhte Konzentration von Rekombinationszentren die effektive Dotierstoffkonzentration in den Bodyzonen 115 reduzieren. Eine andere Ausführungsform kann die Breite der Zellen-Mesastrukturen 170 in den Meta-Zellen AC3 vergrößern.
  • Übergänge zwischen den Meta-Zellen AC3 und angrenzenden Transistorzellen TC, Sättigungsinjektionszellen AC2 oder Entsättigungsinjektionszellen AC1 können sanft oder steil sein. Die verschiedenen Zellentypen können sich entlang der gleichen Zellen-Mesastruktur 170 abwechseln oder können in verschiednen Zellen-Mesastrukturen 170 ausgebildet sein. Da die Funktion der Meta-Zellen AC3 einschließt, Ladungsträger zu injizieren, selbst wenn die MOS-gate-gesteuerten Kanäle in den Transistorzellen eingeschaltet werden, sind die Meta-Zellen AC3 in einer minimalen Distanz von zumindest 5 μm, zum Beispiel zumindest 20 μm, zu den Transistorzellen TC ausgebildet, und zumindest eine einer Entsättigungsinjektionszelle AC1 und einer Sättigungszelle AC2 erstreckt sich von der Transistorzelle TC zu der Meta-Zelle AC3.
  • 10A bis 10C beziehen sich auf eine Ausführungsform mit Meta-Zellen AC3, die direkt an die Transistorzellen TC angrenzen. In den Meta-Zellen AC3 können erweiterte Sektionen 125x der Sperrzonen 125 den Injektionswirkungsgrad der Bodyzonen 115 lokal reduzieren.
  • Entlang den Kontaktstrukturen 315 können die Bodyzonen 115 der Transistorzellen T0 hochdotierte Kontaktzonen 115a enthalten, die den ohmschen Kontakt und eine Unempfindlichkeit beim Schalten gegen Überstrom in den Transistorzellen TC verbessern. Im Gegensatz dazu können die Bodyzonen 115 der Sättigungs- und Entsättigungsinjektionszellen AC1, AC2 frei von hochdotierten Kontaktzonen 115a sein.
  • Außerdem können außerhalb der Kontaktzonen 115a die Bodyzonen 115 der Transistorzellen TC eine höhere Dotierstoffkonzentration als die Bodyzonen 115 der Entsättigungsinjektionszellen AC1, der Sättigungsinjektionszellen AC2 oder beide aufweisen, so dass ein Emitterwirkungsgrad der Bodyzonen in den betreffenden Injektionszellen geringer als in den Transistorzellen TC ist.
  • Der in 11 veranschaulichte RC-IGBT 501 kombiniert eine Barrieren- bzw. Sperrstruktur 125 mit Zellen-Mesastrukturen 170 mit Flaschenhalssektionen 170a, wie mit Verweis auf 7A bis 7C beschrieben wurde. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Sperrstruktur 125 gleichmäßig. Gemäß anderen Ausführungsformen kann die Sperrstruktur 125 gemustert sein und kann Lücken oder verkleinerte bzw. dünn ausgebildete (engl. attenuated) Teile in den Entsättigungsinjektionszellen AC1 enthalten, wie mit Verweis auf 5A bis 6A beschrieben wurde. Weitere Ausführungsformen können Meta-Zellen AC3 wie mit Verweis auf 9A bis 10C beschrieben enthalten.
  • Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele hier veranschaulicht und beschrieben sind, ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Gestaltungen für die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele herangezogen werden kann, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll daher jegliche Anpassungen oder Veränderungen der hier diskutierten spezifischen Ausführungsbeispiele abdecken. Daher ist beabsichtigt, dass diese Erfindung lediglich durch die Patentansprüche und deren Äquivalente begrenzt ist.

Claims (25)

  1. Halbleitervorrichtung, aufweisend: Transistorzellen (TC), die dafür ausgebildet sind, eine erste Lastelektrode (310) mit einer Driftstruktur (120) zu verbinden, die erste pn-Übergänge (pn1) mit Bodyzonen (115) bildet, wenn eine an eine Gateelektrode (155) angelegte Gatespannung eine erste Schwellenspannung (Vthn) übersteigt: erste Hilfszellen (AC1) in einer vertikalen Projektion der und elektrisch verbunden mit der ersten Lastelektrode (310) und dafür ausgebildet, Ladungsträger in die Driftstruktur (120) zumindest in einem in Durchlassrichtung gepolten Modus der ersten pn-Übergänge (pn1) zu injizieren; und zweite Hilfszellen (AC2), die dafür ausgebildet sind, Ladungsträger in die Driftstruktur (120) bei einem hohen Emitterwirkungsgrad zu injizieren, wenn in dem in Durchlassrichtung gepolten Modus der ersten pn-Übergänge (pn1) die Gatespannung unterhalb einer zweiten Schwellenspannung (Vthp) liegt, die niedriger als die erste Schwellenspannung (Vthn) ist, und bei einem niedrigen Emitterwirkungsgrad, wenn die Gatespannung die zweite Schwellenspannung (Vthp) übersteigt.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die ersten Hilfszellen (AC1) dafür ausgerichtet sind, Ladungsträger in die Driftstruktur (120) bei einem hohen Emitterwirkungsgrad zu injizieren, wenn die Gatespannung unterhalb einer weiteren Schwellenspannung (Vth0) zwischen der ersten Schwellenspannung (Vthn) und der zweiten Schwellenspannung (Vthp) liegt, und bei einem niedrigen Emitterwirkungsgrad, wenn die Gatespannung die weitere Schwellenspannung (Vth0) übersteigt.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei bei einer Gatespannung unterhalb der weiteren Schwellenspannung (Vth0) eine Zunahme des Durchlassspannungsabfalls über die ersten Hilfszellen (AC1) mit zunehmender Gatespannung weniger steil ist als oberhalb der weiteren Schwellenspannung (Vth0).
  4. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei bei einer Gatespannung (VGE) unterhalb der zweiten Schwellenspannung (Vthp) eine Zunahme des Durchlassspannungsabfalls über die zweiten Hilfszellen (AC2) mit zunehmender Gatespannung weniger steil ist als oberhalb der zweiten Schwellenspannung (Vthp).
  5. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei bei einer Gatespannung (VGE) unterhalb der zweiten Schwellenspannung (Vthp) ein Injektionswirkungsgrad, bei welchem die zweiten Hilfszellen (AC2) Minoritätsladungsträger in die Driftstruktur (120) injizieren, höher ist als oberhalb der zweiten Schwellenspannung (Vthp).
  6. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei bei einer Gatespannung (VGE) unterhalb der zweiten Schwellenspannung (Vthp) eine Gesamtinjektion von Minoritätsladungsträgern in die Driftstruktur (120) durch die zweiten Hilfszellen (AC2) höher ist als durch die ersten Hilfszellen (AC1).
  7. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend: eine Sockelschicht (130) zwischen der Driftstruktur (120) und einer zweiten Lastelektrode (320), wobei die Sockelschicht (130) erste Zonen (131) und entgegengesetzt dotierte zweite Zonen (132) enthält, die die ersten Zonen (131) trennen, wobei sich die ersten Zonen (131) und die zweiten Zonen (132) von der Driftstruktur (120) jeweils zu der zweiten Lastelektrode (320) erstrecken.
  8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, wobei die ersten und zweiten Zonen (131), (132) in einem bimodalen Bereich (620) ausgebildet sind und die Sockelschicht (130) ferner einen Pilotbereich (610) mit einer Pilotzone (133) des Leitfähigkeitstyps der ersten Zonen (131) aufweist, wobei zumindest eine horizontale Abmessung der Pilotzone (133) eine entsprechende horizontale Abmessung der ersten Zonen (131) um zumindest das Doppelte übersteigt.
  9. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die ersten Hilfszellen (AC1) gleichmäßig verteilt sind.
  10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei die ersten Hilfszellen (AC1) in dem Pilotbereich (610) angeordnet sind.
  11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, wobei die ersten Hilfszellen (AC1) in einer Mitte des Pilotbereichs (610) angeordnet sind.
  12. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei die ersten Hilfszellen (AC1) in einem peripheren Teil des Pilotbereichs (610) angeordnet sind.
  13. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei die ersten Hilfszellen (AC1) in dem bimodalen Bereich (620) angeordnet sind.
  14. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei der bimodale Bereich (620) den Pilotbereich (610) umgibt.
  15. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 13, wobei die ersten Hilfszellen (AC1) in dem bimodalen Bereich (620) in einem den Pilotbereich (610) umgebenden Streifen ausgebildet sind.
  16. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Driftstruktur (120) eine Driftzone (121) und eine Sperrstruktur (125) zwischen der Driftzone (121) und den Bodyzonen (115) zumindest in den zweiten Hilfszellen (AC2) enthält und eine mittlere Dotierstoffkonzentration in der Sperrstruktur (125) zumindest zehnmal so hoch wie eine mittlere Dotierstoffkonzentration in der Driftzone (121) ist.
  17. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Sperrstruktur (125) eine Lücke (125a) in den ersten Hilfszellen (AC1) aufweist.
  18. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 16, wobei in den ersten Hilfszellen (AC1) eine mittlere Dotierstoffkonzentration in dünn ausgebildeten Teilen (125b) der Sperrstruktur (125) höchstens 50% einer mittleren Dotierstoffkonzentration in Teilen der Sperrstruktur (125) in den zweiten Hilfszellen (AC2) beträgt.
  19. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Bodyzonen (115) in Zellen-Mesastrukturen (170) zwischen Gatestrukturen (150) ausgebildet sind, die eine Gateelektrode (155) enthalten und sich von einer ersten Oberfläche (101) eines Halbleiterkörpers (100) mit der Driftstruktur (120) und den Bodyzonen (115) in die Driftstruktur (120) erstrecken.
  20. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 19, wobei Zellen-Mesastrukturen (170) oder Teile von Zellen-Mesastrukturen (170), die den ersten Hilfszellen (AC1) zugeordnet sind, breiter sind als Zellen-Mesastrukturen (170) oder Teile von Zellen-Mesastrukturen (170), die den zweiten Hilfszellen (AC2) zugeordnet sind.
  21. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Zellen-Mesastrukturen (170) Flaschenhalssektionen (170a) und breite Sektionen (170b) zwischen den Flaschenhalssektionen (170a) und der ersten Oberfläche (101) aufweisen, wobei die breiten Sektionen (170b) breiter sind als schmale Teile der Flaschenhalssektionen (170a).
  22. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 21, wobei die schmalen Teile der Flaschenhalssektionen (170a) der ersten Hilfszellen (AC1) breiter sind als die schmalen Teile der Flaschenhalssektionen (170a) der zweiten Hilfszellen (AC2).
  23. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, ferner aufweisend: dritte Hilfszellen (AC3), die dafür ausgebildet sind, Ladungsträger in die Driftstruktur (120) bei einem hohen Emitterwirkungsgrad zu injizieren, wenn in einem in Durchlassrichtung gepolten Modus der ersten pn-Übergänge (pn1) die Gatespannung die erste Schwellenspannung (Vthn) übersteigt, wobei die ersten Hilfszellen (AC1) dafür ausgebildet sind, Ladungsträger in die Driftstruktur (120) bei einem hohen Emitterwirkungsgrad zu injizieren, wenn die Gatespannung unterhalb einer weiteren Schwellenspannung (Vth0) zwischen der ersten Schwellenspannung (Vthn) und der zweiten Schwellenspannung (Vthp) liegt, und bei einem niedrigen Emitterwirkungsgrad, wenn die Gatespannung die weitere Schwellenspannung (Vth0) übersteigt.
  24. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei die ersten Hilfszellen (AC1) in breiten Zellen-Mesastrukturen (170y) ausgebildet sind und die zweiten Hilfszellen (AC2) in schmalen Zellen-Mesastrukturen (170x) ausgebildet sind.
  25. Halbleitervorrichtung, aufweisend: einen Halbleiterkörper (100) mit einer Driftstruktur (120) und Zellen-Mesastrukturen (170), die zwischen Gatestrukturen (150) ausgebildet sind, die sich von einer ersten Oberfläche (101) des Halbleiterkörpers (100) in die Driftstruktur (120) erstrecken, wobei die Zellen-Mesastrukturen (170) Flaschenhalssektionen (170a) und breite Sektionen (170b) zwischen den Flaschenhalssektionen (170a) und der ersten Oberfläche (101) aufweisen, wobei die breiten Sektionen (170b) breiter sind als schmale Teile der Flaschenhalssektionen (170a); Transistorzellen (TC) mit Bodyzonen (115), die erste pn-Übergänge (pn1) mit der Driftstruktur (120) und zweite pn-Übergänge (pn2) mit Sourcezonen (110) bilden; erste Hilfszellen (AC1), die mit den Transistorzellen (TC) elektrisch parallel verbunden sind; und zweite Hilfszellen (AC2), die mit den Transistorzellen (TC) elektrisch parallel verbunden sind, wobei die schmalen Teile der Flaschenhalssektionen (170a) in den ersten Hilfszellen (AC1) breiter sind als die schmalen Teile der Flaschenhalssektionen (170a) in den zweiten Hilfszellen (AC2).
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9024413B2 (en) * 2013-01-17 2015-05-05 Infineon Technologies Ag Semiconductor device with IGBT cell and desaturation channel structure
US9666665B2 (en) * 2014-04-09 2017-05-30 Infineon Technologies Ag Semiconductor device with semiconductor mesa including a constriction
DE102015117994B8 (de) 2015-10-22 2018-08-23 Infineon Technologies Ag Leistungshalbleitertransistor mit einer vollständig verarmten Kanalregion
CN108604594B (zh) 2016-08-12 2021-10-08 富士电机株式会社 半导体装置及半导体装置的制造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014100249A1 (de) * 2013-01-17 2014-07-17 Infineon Technologies Ag Halbleiterbauelement mit igbt-zelle und entsättigungskanalstruktur
DE102014117364A1 (de) * 2013-11-27 2015-05-28 Infineon Technologies Ag Halbleitervorrichtung und bipolartransistor mit isoliertem gate mit barrierebereichen
DE102014117767A1 (de) * 2013-12-11 2015-06-11 Infineon Technologies Ag Halbleitervorrichtung mit rekombinationsbereich

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8203181B2 (en) * 2008-09-30 2012-06-19 Infineon Technologies Austria Ag Trench MOSFET semiconductor device and manufacturing method therefor
US7989885B2 (en) * 2009-02-26 2011-08-02 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor device having means for diverting short circuit current arranged in trench and method for producing same
US8853776B2 (en) * 2011-09-21 2014-10-07 Infineon Technologies Austria Ag Power transistor with controllable reverse diode
US9685511B2 (en) * 2012-05-21 2017-06-20 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor device and method for manufacturing a semiconductor device
US9076838B2 (en) * 2013-09-13 2015-07-07 Infineon Technologies Ag Insulated gate bipolar transistor with mesa sections between cell trench structures and method of manufacturing

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014100249A1 (de) * 2013-01-17 2014-07-17 Infineon Technologies Ag Halbleiterbauelement mit igbt-zelle und entsättigungskanalstruktur
DE102014117364A1 (de) * 2013-11-27 2015-05-28 Infineon Technologies Ag Halbleitervorrichtung und bipolartransistor mit isoliertem gate mit barrierebereichen
DE102014117767A1 (de) * 2013-12-11 2015-06-11 Infineon Technologies Ag Halbleitervorrichtung mit rekombinationsbereich

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