DE102016112020B4 - Leistungshalbleitervorrichtung mit vollständig verarmten Kanalregionen - Google Patents

Leistungshalbleitervorrichtung mit vollständig verarmten Kanalregionen Download PDF

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    • H01L29/7804—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors structurally associated with at least one other device the other device being a pn-junction diode

Abstract

Eine Leistungshalbleitervorrichtung (1), umfassend:- einen Halbleiterkörper (10), der an eine erste Lastanschlussstruktur (11) und an eine zweite Lastanschlussstruktur (12) gekoppelt ist und ausgebildet ist, einen Laststrom (15) zu führen;- eine erste Zelle (141) und eine zweite Zelle (142), die jeweils auf der einen Seite elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur (11) verbunden sind und auf der anderen Seite elektrisch mit einer Driftregion (100) des Halbleiterkörpers (10) verbunden sind, wobei die Driftregion (100) Dotanden eines ersten Leitfähigkeitstyps umfasst;- eine erste Mesa (101), die in der ersten Zelle (141) enthalten ist, wobei die erste Mesa (101) enthält: eine erste Anschlussregion (1011), die Dotanden des ersten Leitfähigkeitstyps hat und elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur (11) verbunden ist, und eine erste Kanalregion (1012), die an die Driftregion (100) gekoppelt ist;- eine zweite Mesa (102), die in der zweiten Zelle (142) enthalten ist, wobei die zweite Mesa (102) enthält: eine zweite Anschlussregion (1021), die Dotanden eines zweiten Leitfähigkeitstyps hat und elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur (11) verbunden ist, und eine zweite Kanalregion (1022), die an die Driftregion (100) gekoppelt ist;- wobei jede der ersten Mesa (101) und der zweiten Mesa (102) durch eine Isolationsstruktur (133) in einer lateralen Richtung (X) senkrecht zu einer Richtung (Z) des Laststroms (15) innerhalb der jeweiligen Mesa (101,102) räumlich begrenzt ist und in dieser lateralen Richtung (X) eine totale Ausdehnung (DX13; DX23) von weniger als 100 nm aufweist; wobei in der Isolationsstruktur (133) Folgendes untergebracht ist:- eine Steuerelektrodenstruktur (131, 132) zum Steuern des Laststroms (15) innerhalb der ersten Mesa (101) und der zweiten Mesa (102), wobei die Steuerelektrodenstruktur (131, 132) von der ersten Lastanschlussstruktur (11) elektrisch isoliert ist; und- eine Führungselektrode (134), die von der Steuerelektrodenstruktur (131, 132) elektrisch isoliert ist und zwischen der ersten Mesa (101) und der zweiten Mesa (102) angeordnet ist.

Description

  • FACHGEBIET
  • Diese Beschreibung betrifft Ausführungsformen einer Leistungshalbleitervorrichtung. Insbesondere betrifft diese Beschreibung Ausführungsformen einer Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Vielzahl von ersten und zweiten Zellen, wobei jede Zelle eine Kanalregion in einer jeweiligen Mesa hat, und wobei sowohl eine Steuerelektrodenstruktur als auch eine Führungselektrode, die von der Steuerelektrodenstruktur isoliert ist, vorgesehen sind.
  • HINTERGRUND
  • Viele Funktionen moderner Vorrichtungen in Automobil-, Konsumenten- und Industrieanwendungen wie z. B. das Umwandeln elektrischer Energie und das Antreiben eines Elektromotors oder einer elektrischen Maschine beruhen auf Halbleitervorrichtungen. Z. B. wurden Bipolartransistoren mit isolierter Gateelektrode (IGBTs), Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETS) und Dioden, um einige zu nennen, für verschiedene Anwendungen verwendet, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Schaltern in Netzteilen und Leistungswandlern.
  • Es ist ein generelles Ziel, Verluste, die an Halbleitervorrichtungen auftreten, gering zu halten, wobei diese Verluste im Wesentlichen durch Leitungsverluste und/oder Schaltverluste verursacht werden.
  • Beispielsweise umfasst eine Leistungshalbleitervorrichtung eine Vielzahl von MOS-Steuerköpfen, wobei jeder Steuerkopf zumindest eine Steuerelektrode, eine Source-Region und eine daran angrenzend angeordnete Kanalregion haben kann.
  • Um die Leistungshalbleitervorrichtung in einen leitenden Zustand, währenddessen ein Laststrom in einer Vorwärtsrichtung geleitet werden kann, zu versetzen, kann der Steuerelektrode ein Steuersignal, das eine Spannung innerhalb eines ersten Bereichs aufweist, bereitgestellt werden, um einen Laststrompfad innerhalb der Kanalregion zu induzieren.
  • Um die Leistungshalbleitervorrichtungen in einen sperrenden Zustand zu versetzen, währenddessen eine Vorwärtsspannung, die an Lastanschlüssen der Halbleitervorrichtung angelegt ist, gesperrt sein kann und der Fluss des Laststroms in der Vorwärtsrichtung verhindert wird, kann der Steuerelektrode ein Steuersignal, das eine Spannung innerhalb eines zweiten Bereichs, der von dem ersten Bereich verschieden ist, aufweist, bereitgestellt werden, um den Laststrompfad in der Kanalregion abzuschneiden. Dann kann die Vorwärtsspannung eine Verarmungsregion an einer Übergangszone, die an einem Übergang zwischen der Kanalregion und einer Driftregion der Leistungshalbleitervorrichtungen ausgebildet ist, induzieren, wobei die Verarmungsregion auch „Raumladungszone“ genannt wird und sich hauptsächlich in die Driftregion der Halbleitervorrichtung hinein ausdehnen kann. Die Kanalregion wird in diesem Zusammenhang häufig auch als „Body-Region“ bezeichnet, in der der Laststrompfad, z. B. ein Inversionskanal, durch das Steuersignal induziert werden kann, um die Halbleitervorrichtung in den leitenden Zustand zu versetzen. Ohne den Laststrompfad in der Kanalregion kann die Kanalregion mit der Driftregion eine sperrende Übergangszone ausbilden.
  • Ein unkontrollierter Wechsel von dem sperrenden Zustand in den leitenden Zustand oder umgekehrt kann zu erheblichen Beschädigungen der Leistungshalbleitervorrichtung und/oder einer Last, mit der sie verbunden sein kann, führen.
  • Die Druckschrift DE 10 2014 108 913 A1 beschreibt einen IGBT mit Nanodrahtstrukturen.
  • Aus der Druckschrift DE 10 2014 117 364 A1 sind Trench-Elektroden bekannt, die auf Source- bzw. Emitterpotential geschaltet sind.
  • Die Druckschrift DE 10 2014 119 543 A1 offenbart eine Halbleitervorrichtung mit Transistorzellen und Anreicherungszellen.
  • Die Druckschrift DE 10 2012 209192 A1 stellt einen MOSFET vor, bei dem in einem Trench zwei voneinander isolierte Elektroden integriert sind.
  • Schließlich beschreibt die Druckschrift DE 10 2005 014 714 A1 , dass bei einem Bipolartransistor das p-dotierte Kanalgebiet über ein n-Gebiet an das n-dotierte Driftgebiet gekoppelt werden kann, wobei das n-Gebiet eine höhere Dotierungskonzentration aufweisen kann als das Driftgebiet.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Leistungshalbleitervorrichtung einen Halbleiterkörper, der an eine erste Lastanschlussstruktur und an eine zweite Lastanschlussstruktur gekoppelt ist und ausgebildet ist, einen Laststrom zu führen; eine erste Zelle und eine zweite Zelle, die jeweils auf der einen Seite elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur verbunden sind und auf der anderen Seite elektrisch mit einer Driftregion des Halbleiterkörpers verbunden sind, wobei die Driftregion Dotanden eines ersten Leitfähigkeitstyps umfasst; eine erste Mesa, die in der ersten Zelle enthalten ist, wobei die erste Mesa enthält: eine erste Anschlussregion, die Dotanden des ersten Leitfähigkeitstyps hat und elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur verbunden ist, und eine erste Kanalregion, die an die Driftregion gekoppelt ist; eine zweite Mesa, die in der zweiten Zelle enthalten ist, wobei die zweite Mesa enthält: eine zweite Anschlussregion, die Dotanden eines zweiten Leitfähigkeitstyps hat und elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur verbunden ist, und eine zweite Kanalregion, die an die Driftregion gekoppelt ist; wobei jede der ersten Mesa und der zweiten Mesa durch eine Isolationsstruktur in einer Richtung senkrecht zu einer Richtung des Laststroms innerhalb der jeweiligen Mesa räumlich begrenzt ist und in dieser Richtung eine totale Ausdehnung von weniger als 100 nm aufweist. In der Isolationsstruktur ist Folgendes untergebracht: Eine Steuerelektrodenstruktur zum Steuern des Laststroms innerhalb der ersten Mesa und der zweiten Mesa, wobei die Steuerelektrodenstruktur von der ersten Lastanschlussstruktur elektrisch isoliert ist; und eine Führungselektrode, die von der Steuerelektrodenstruktur elektrisch isoliert ist und zwischen der ersten Mesa und der zweiten Mesa angeordnet ist.
  • Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung werden durch das Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und die Betrachtung der beiliegenden Zeichnungen zusätzliche Merkmale und Vorteile erkennen.
  • Figurenliste
  • Die Bestandteile in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; stattdessen liegt das Augenmerk auf der Veranschaulichung von Prinzipien der Erfindung. Darüber hinaus bezeichnen gleiche Bezugsnummern in den Figuren übereinstimmende Bestandteile. In den Zeichnungen ist/sind:
    • 1A-B jeweils eine schematische Veranschaulichung von Abschnitten einer horizontalen Projektion einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 2A-B jeweils eine schematische Veranschaulichung von einem Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 3A-B jeweils eine schematische Veranschaulichung von einem Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 4 eine schematische Veranschaulichung von Verteilungen von Ladungsträgerkonzentrationen in einem Halbleiterkörper einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 5A eine schematische Veranschaulichung von einem Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 5B-C jeweils eine schematische Veranschaulichung von Abschnitten einer horizontalen Projektion einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 6 eine schematische Veranschaulichung von einem Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 7 eine schematische Veranschaulichung von einem Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 8 eine schematische Veranschaulichung von einem Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 9 eine schematische Veranschaulichung von einem Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 10 eine schematische Veranschaulichung von einem Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 11 eine schematische Veranschaulichung von einem Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 12 eine schematische Veranschaulichung von einem Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen; und
    • 13 eine schematische Veranschaulichung von einem Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil davon bilden und in denen veranschaulichend konkrete Ausführungsformen gezeigt werden, in welchen die Erfindung praktiziert werden kann.
  • In dieser Hinsicht kann Richtungsterminologie wie z. B. „oberste/r/s“, „unterste/r/s“, „untere/r/s“ „vordere/r/s“, „hinter“, „rückseitige/r/s“, „vorderste/r/s“, „hinterste/r/s“, „unterhalb“, „oberhalb“ etc. unter Bezugnahme auf die Orientierung der beschriebenen Figuren verwendet werden. Da Teile von Ausführungsformen in vielen unterschiedlichen Orientierungen positioniert sein können, wird die Richtungsterminologie zu Zwecken der Veranschaulichung verwendet und ist keinesfalls einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende Detailbeschreibung ist deshalb nicht in einem einschränkenden Sinn aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird von den beiliegenden Ansprüchen definiert.
  • Nun wird detailliert auf verschiedene Ausführungsformen Bezug genommen, für welche ein oder mehrere Beispiele in den Figuren dargestellt werden. Jedes Beispiel wird erklärend bereitgestellt und ist nicht als Einschränkung der Erfindung gedacht. Z. B. können Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform dargestellt oder beschrieben wurden, in oder in Verbindung mit anderen Ausführungsformen verwendet werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu liefern. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung solche Modifikationen und Varianten umfasst. Die Beispiele werden unter Verwendung spezifischer Sprache verwendet, welche nicht als den Schutzumfang der beiliegenden Patentansprüche einschränkend aufgefasst werden soll. Die Zeichnungen sind nicht skaliert und dienen lediglich Veranschaulichungszwecken. Der Klarheit halber wurden, solange nicht anders angegeben, in den unterschiedlichen Zeichnungen dieselben Elemente oder Fertigungsschritte mit denselben Bezugssymbolen bezeichnet.
  • Der Begriff „horizontal“ soll, wie in dieser Beschreibung verwendet, eine Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen parallel zu einer horizontalen Fläche eines Halbleitersubstrats oder einer Halbleiterregion, wie des unten erwähnten Halbleiterkörpers, ist. Dies kann z. B. die Fläche eines Halbleiterwafers oder eines Nacktchips sein. Z. B. können sowohl die erste laterale Richtung X als auch die zweite laterale Richtung Y, die unten erwähnt werden, horizontale Richtungen sein, wobei die erste laterale Richtung X und die zweite laterale Richtung Y senkrecht aufeinander sein können.
  • Der Begriff „vertikal“ soll, wie in dieser Beschreibung verwendet, eine Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht auf die horizontale Fläche, d. h. parallel zur Normalenrichtung der Fläche des Halbleiterwafers, angeordnet ist. Z. B. kann die unten erwähnte Erstreckungsrichtung Z eine vertikale Richtung sein, die sowohl auf die erste laterale Richtung X als auch die zweite laterale Richtung Y senkrecht ist.
  • Es soll jedoch verstanden werden, dass die Ausführungsformen von Leistungshalbleitervorrichtungen, die nachfolgend beschrieben werden, eine laterale Konfiguration oder eine vertikale Konfiguration aufweisen können. Im ersten Fall kann die Erstreckungsrichtung Z tatsächlich eine laterale Richtung und keine vertikale Richtung sein, und wenigstens eine der ersten lateralen Richtung X und der zweiten lateralen Richtung Y kann tatsächlich eine vertikale Richtung sein.
  • In dieser Beschreibung wird n-dotiert als „erster Leitfähigkeitstyp“ bezeichnet, während p-dotiert als „zweiter Leitfähigkeitstyp“ bezeichnet wird. Alternativ dazu können entgegengesetzte Dotierungsverhältnisse eingesetzt werden, sodass der erste Leitfähigkeitstyp p-dotiert und der zweite Leitfähigkeitstyp n-dotiert sein kann.
  • Ferner kann der Begriff „Dotandenkonzentration“ innerhalb dieser Beschreibung eine durchschnittliche Dotandenkonzentration beziehungsweise eine mittlere Dotandenkonzentration oder eine Flächenladungsträgerkonzentration einer spezifischen Halbleiterregion oder Halbleiterzone betreffen. Daher kann z. B. eine Aussage, die besagt, dass eine spezifische Halbleiterregion eine bestimmte, im Vergleich zu einer Dotandenkonzentration einer anderen Halbleiterregion höhere oder niedrigere Dotandenkonzentration aufweist, angeben, dass sich die jeweiligen mittleren Dotandenkonzentrationen der Halbleiterregionen voneinander unterscheiden.
  • Im Kontext der vorliegenden Beschreibung sollen die Begriffe „in ohmschem Kontakt“, „in elektrischem Kontakt“, „in ohmscher Verbindung“ und „elektrisch verbunden“ beschreiben, dass eine niederohmige elektrische Verbindung oder ein niederohmiger Strompfad zwischen zwei Regionen, Abschnitten, Zonen, Bereichen oder Teilen einer Halbleitervorrichtung oder zwischen unterschiedlichen Anschlüssen einer oder mehrerer Vorrichtungen oder zwischen einem Anschluss oder einer Metallisierung oder einer Elektrode und einem Bereich oder Teil einer Halbleitervorrichtung besteht. Ferner soll, im Kontext der vorliegenden Beschreibung, der Begriff „in Kontakt“ beschreiben, dass eine direkte physische Verbindung zwischen zwei Elementen der jeweiligen Halbleitervorrichtung besteht; z. B. enthält ein Übergang zwischen zwei Elementen, die in Kontakt miteinander sind, möglicherweise kein weiteres Zwischenelement oder Ähnliches.
  • Der Begriff „Leistungshalbleitervorrichtung“ soll, wie in dieser Beschreibung verwendet, eine Halbleitervorrichtung auf einem einzelnen Chip mit hohen Spannungsblockierungs- und/oder hohen Stromführungsfähigkeiten beschreiben. Anders gesagt ist eine solcher Leistungshalbleitervorrichtung für einen hohen Laststrom, üblicherweise im Amperebereich, z. B. bis zu mehreren zehn oder hundert Ampere, und/oder hohe Spannungen, üblicherweise über 5 V oder über 15 V oder noch üblicher 400 V und z. B. bis zu einigen 1000 Volt, ausgelegt.
  • Beispielsweise zielt der Begriff „Leistungshalbleitervorrichtung“ soll, wie in dieser Beschreibung verwendet, nicht auf logische Halbleitervorrichtungen ab, welche z. B. zum Speichern von Daten, zum Berechnen von Daten und/oder für andere Arten der halbleiterbasierten Datenverarbeitung verwendet werden.
  • Konkrete, in dieser Beschreibung beschriebene Ausführungsformen betreffen, ohne darauf beschränkt zu sein, eine Leistungshalbleitervorrichtung (nachfolgend auch einfach als „Halbleitervorrichtung“ oder „Vorrichtung“ bezeichnet), die innerhalb eines Leistungswandlers oder eines Netzteils verwendet werden kann, z. B. um ein erstes Leistungssignal in ein zweites Leistungssignal, das von dem ersten Leistungssignal verschieden ist, umzuwandeln. Beispielsweise kann die Leistungshalbleitervorrichtung zu diesem Zweck eine oder mehrere Leistungshalbleiterzellen wie z. B. eine monolithisch integrierte Transistorzelle und/oder eine monolithisch integrierte IGBT-Zelle und/oder eine monolithisch integrierte MOS-Gate-Dioden(MGD)-Zelle und/oder eine monolithisch integrierte MOSFET-Zelle und/oder abgeleitete Versionen davon umfassen. Solche Diodenzellen und solche Transistorzellen können in ein Leistungshalbleitermodul wie z. B. ein IGBT-Modul integriert sein.
  • 1A illustriert schematisch und beispielhaft einen Abschnitt einer horizontalen Projektion einer Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Auch 1B illustriert schematisch und beispielhaft einen Abschnitt einer horizontalen Projektion einer Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. In beiden der 1 A und 1 B kann die horizontale Projektion parallel zu der Ebene, die durch die erste laterale Richtung X und die zweite lateralen Richtung Y definiert ist, sein. Die Komponenten der Halbleitervorrichtung 1 können sich jeweils entlang der Erstreckungsrichtung Z, die senkrecht zu jeder der ersten lateralen Richtung X und der zweiten lateralen Richtung Y sein kann, erstrecken.
  • Die Halbleitervorrichtung 1 kann ein aktives Zellenfeld 16 umfassen, das eine oder mehrere aktive Zellen 14, z. B. MOS(Metall-Oxid-Halbleiter)-Zellen, die im Folgenden einfach als „Zellen“ 14 bezeichnet werden. Die Anzahl der Zellen 14 kann beispielsweise innerhalb des Bereichs von 100 bis 100.000 sein. Das aktive Zellenfeld 16 kann ausgebildet sein, einen totalen Laststrom zu leiten, wobei der totale Laststrom größer als 1 A, größer als 10 A oder sogar größer als 100 A sein kann. Im Folgenden wird dieser totale Laststrom auch einfach als „Laststrom“ bezeichnet.
  • Das aktive Zellenfeld 16 kann von einer Randabschlusszone 18 der Halbleitervorrichtung 1 umgeben sein. Beispielsweise enthält die Randabschlusszone 18 keine aktiven Zellen. Die Randabschlusszone 18 kann von einem Rand 19 abgeschlossen sein, welcher z. B. durch Vereinzelung eines Chips aus einem Wafer entstanden sein kann.
  • Ferner können das aktive Zellenfeld 16 bzw. das aktive Zellenfeld 16 und die Randabschlusszone 18 ausgebildet sein, eine Spannung von wenigstens 20 V, wenigstens 100 V, wenigstens 400 V oder wenigstens 1000 V zu sperren.
  • Wie schematisch in 1A illustriert ist, können die Zellen 14 eine Streifenkonfiguration aufweisen. Dementsprechend kann sich jede der Zellen 14 und die Komponenten, die sie umfassen können, über im Wesentlichen das gesamte aktive Zellenfeld 16 hinweg entlang einer von der ersten lateralen Richtung X und der zweiten lateralen Richtung Y erstrecken (wie dargestellt), z. B. angrenzend an eine Übergangsregion zwischen dem aktiven Zellenfeld 16 und der Randabschlusszone 18. Beispielsweise beträgt die totale laterale Ausdehnung einer jeweiligen (Streifen-)Zelle weniger als 30 %, weniger als 5 % oder sogar weniger als 1 % der totalen Ausdehnung des aktiven Zellenfelds 16 entlang einer von der ersten lateralen Richtung X und der zweiten lateralen Richtung Y.
  • In einer anderen Ausführungsform, die schematisch in 1B illustriert ist, können die Zellen 14 eine Nadelkonfiguration aufweisen, deren totale laterale Ausdehnungen entlang jeder der ersten lateralen Richtung X und der zweiten lateralen Richtung Y nur einen Bruchteil der totalen lateralen Ausdehnung des aktiven Zellenfelds 16 entlang der ersten lateralen Richtung X und der zweiten lateralen Richtung Y beträgt. Beispielsweise beträgt die totale laterale Ausdehnung einer jeweiligen Nadelzelle weniger als 30 %, weniger als 5 % oder sogar weniger als 1 % der totalen Ausdehnung des aktiven Zellenfelds 16 entlang einer von der ersten lateralen Richtung X und der zweiten lateralen Richtung Y. Weitere optionale Aspekte einer Nadelzelle und einer Streifenzelle werden weiter unten erläutert werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann das aktive Zellenfeld 16 beide Arten von Zellen 14, z. B. eine oder mehr Zellen 14 in einer Streifenkonfiguration und eine oder mehr Zellen 14 in einer Nadelkonfiguration, umfassen.
  • Sowohl das aktive Zellenfeld 16 als auch die Randabschlusszone 18 können wenigstens teilweise innerhalb eines gemeinsamen Halbleiterkörpers 10 der Vorrichtung 1 ausgebildet sein. Der Halbleiterkörper 10 kann ausgebildet sein, den totalen Laststrom zu tragen, der z. B. mittels der Zellen 14 gesteuert werden kann, wie weiter unten in größerem Detail erläutert werden wird.
  • In einer Ausführungsform ist die Halbleitervorrichtung 1 eine bipolare Leistungshalbleitervorrichtung 1. Demzufolge kann sich der totale Laststrom innerhalb des Halbleiterkörpers 10 aus einem ersten Laststrom, der von ersten Ladungsträgern eines ersten Leitfähigkeitstyps gebildet wird, und aus einem zweiten Laststrom, der von zweiten Ladungsträgern eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der zu dem ersten Leitfähigkeitstyp komplementär ist, gebildet wird, zusammensetzen. Beispielsweise sind die ersten Ladungsträger Elektronen, und die zweiten Ladungsträger sind Löcher.
  • Mit Blick auf 2A, welche schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts der Halbleitervorrichtung 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen illustriert, kann die Halbleitervorrichtung 1 ferner eine erste Lastanschlussstruktur 11 und eine zweite Lastanschlussstruktur 12 umfassen. Beispielsweise ist die erste Lastanschlussstruktur 11 separat von der zweiten Lastanschlussstruktur 12 angeordnet. Der Halbleiterkörper 10 kann an jede der ersten Lastanschlussstruktur 11 und der zweiten Lastanschlussstruktur 12 gekoppelt sein und ausgebildet sein, den totalen Laststrom 15 (auch als „Laststrom“ bezeichnet) über die erste Lastanschlussstruktur 11 aufzunehmen und über die zweite Lastanschlussstruktur 12 auszugeben und/oder umgekehrt.
  • Die Halbleitervorrichtung 1 kann einen vertikalen Aufbau aufweisen, demgemäß beispielsweise die erste Lastanschlussstruktur 11 an einer Vorderseite der Halbleitervorrichtung 1 angeordnet ist und die zweite Lastanschlussstruktur 12 an einer Rückseite der Halbleitervorrichtung 1 angeordnet ist. In einer anderen Ausführungsform kann die Halbleitervorrichtung 1 einen lateralen Aufbau aufweisen, demgemäß z. B. jede der ersten Lastanschlussstruktur 11 und der zweiten Lastanschlussstruktur 12 auf derselben Seite der Halbleitervorrichtung 1 angeordnet sind.
  • Beispielsweise umfasst die erste Lastanschlussstruktur 11 eine erste Metallisierung, z. B. eine Vorderseitenmetallisierung, und die zweite Lastanschlussstruktur 12 kann eine zweite Metallisierung umfassen, z. B. eine Rückseitenmetallisierung. Ferner können eine oder beide der ersten Lastanschlussstruktur 11 und der zweiten Lastanschlussstruktur 12 eine Diffusionsbarriere umfassen.
  • Innerhalb der vorliegenden Beschreibung wird die Richtung des totalen Laststroms 15 in der konventionellen Weise ausgedrückt, d.h. als eine Flussrichtung von positiven Ladungsträgern wie z. B. Löchern und/oder als Richtung entgegengesetzt zu einem Fluss von negativen Ladungsträgern wie z. B. Elektronen. Eine Vorwärtsrichtung des totalen Laststroms 15 kann z. B. von der zweiten Lastanschlussstruktur 12 zu der ersten Lastanschlussstruktur 11 zeigen.
  • Wie vorstehend erläutert wurde, kann der totale Laststrom 15 einen ersten Laststrom 151 vom ersten Leitfähigkeitstyp, z. B. einen Elektronenstrom, und einen zweiten Laststrom 152 vom zweiten Leitfähigkeitstyp, z. B. einen Löcherstrom, umfassen. Dementsprechend kann die Richtung des zweiten Laststroms 152 parallel zu der technischen (konventionellen) Richtung des totalen Laststroms 15 sein, wohingegen die Richtung des ersten Laststroms 151 antiparallel zu der Richtung des Laststroms 15 sein kann. Die betragsmäßige Summe des ersten Laststroms 151 und des zweiten Laststroms 152 kann den totalen Laststrom 15, der von dem Halbleiterkörper 10 geleitet wird, bilden.
  • Ein erster Ladungsträger vom ersten Leitfähigkeitstyp, z. B. ein Elektron, das sich von der ersten Lastanschlussstruktur 11 auf die zweite Lastanschlussstruktur 12 zubewegt oder umgekehrt, kann mit einem zweiten Ladungsträger vom komplementären Typ, z. B. vom zweiten Leitfähigkeitstyp, z. B. mit einem Loch, auf seinem Weg durch den Halbleiterkörper 10 rekombinieren. Wie in den 2B und 3B illustriert, kann beispielsweise in der Nähe der ersten Lastanschlussstruktur 11 der totale Laststrom 15 in der Vorwärtsrichtung weitgehend oder sogar gänzlich aus dem ersten Laststrom 151 aus Elektronen, die sich auf die zweite Lastanschlussstruktur 12 zu bewegen, bestehen, wohingegen der totale Laststrom 15 in der Vorwärtsrichtung in der Nähe der zweiten Lastanschlussstruktur 12 hauptsächlich oder sogar gänzlich aus einem zweiten Laststrom 152 aus Löchern, die sich auf die erste Lastanschlussstruktur 11 zu bewegen, bestehen kann. Die Elektronen und Löcher können innerhalb des Halbleiterkörpers 10 rekombinieren. Jedoch findet gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen innerhalb einer Driftregion 100 des Halbleiterkörpers 10 im Wesentlichen keine oder nur wenig Rekombination statt. Gemäß einer Ausführungsform ist eine ambipolare Lebensdauer des ersten und zweiten Ladungsträgertyps, d.h. die Zeit, bis die Trägerdichte bis auf einen Wert von 1/e ≈37 % ihres anfänglichen Werts reduziert wird, mehr als z. B. 1 µs, mehr als 10 µs, mehr als 30 µs oder mehr als 70 µs.
  • Ferner kann der erste Laststrom 151 aus einem ersten Driftstrom, z. B. einem Elektronen-Driftstrom, und einem ersten Diffusionsstrom, z. B. einem Elektronen-Diffusionsstrom, zusammengesetzt sein. Ebenso kann der zweite Laststrom 152 aus einem zweiten Driftstrom, z. B. einem Löcher-Driftstrom, und einem zweiten Diffusionsstrom, z. B. einem Löcher-Diffusionsstrom, zusammengesetzt sein.
  • Dementsprechend kann in dem leitenden Zustand der Halbleitervorrichtung 1 der totale Laststrom 15 von dem Halbleiterkörper 10 geleitet werden, wobei an jedem Querschnitt durch den Halbleiterkörper 10, der die erste Lastanschlussstruktur 11 von der zweiten Lastanschlussstruktur 12 trennt, der totale Laststrom 15 sich aus dem ersten Laststrom 151, der durch diesen Querschnitt fließt und der ein Elektronenstrom sein kann, und dem zweiten Laststrom 152, der durch den Querschnitt fließt und ein Löcherstrom sein kann, zusammensetzen. An jedem Querschnitt kann die betragsmäßige Summe des ersten Laststroms 151 und des zweiten Laststroms 152 gleich dem Betrag des totalen Laststroms sein, wobei diese Querschnitte senkrecht zu der Richtung des totalen Laststroms 15 sein können. Beispielsweise kann der totale Laststrom 15 während des leitenden Zustands von dem ersten Laststrom 151 dominiert werden, d.h. der erste Laststrom 151 kann wesentlich größer als der zweite Laststrom 152 sein und z. B. mehr als 75 %, mehr als 80 % oder sogar mehr als 90 % des totalen Laststroms 15 betragen. Während eines Übergangs von dem sperrenden Zustand in den leitenden Zustand oder während eines Übergangs von dem leitenden Zustand in den sperrenden Zustand, d.h. während des Schaltens, kann der zweite Laststrom 152 einen höheren Anteil des totalen Laststroms 15 ausmachen, d.h. der zweite Laststrom 152 kann sogar größer als der erste Laststrom 151 sein.
  • Um den totalen Laststrom 15 zu steuern, kann die Halbleitervorrichtung 1 ferner eine Steueranschlussstruktur 13 umfassen. Beispielsweise kann die Halbleitervorrichtung 1 ausgebildet sein, mittels der Steueranschlussstruktur 13 in einen von dem sperrenden Zustand und dem leitenden Zustand versetzt zu werden.
  • In einer Ausführungsform kann die Steueranschlussstruktur 13 mit einem Steuersignal, das eine Spannung innerhalb eines ersten Bereichs hat, versorgt werden, um die Halbleitervorrichtung 1 in einen leitenden Zustand zu versetzen, währenddessen der totale Laststrom 15 in Vorwärtsrichtung geleitet werden kann. Um die Halbleitervorrichtung 1 in einen sperrenden Zustand zu versetzen, währenddessen eine Vorwärtsspannung gesperrt werden kann und der Fluss des Laststroms 15 in die Vorwärtsrichtung verhindert wird, kann die Steueranschlussstruktur 13 mit dem Steuersignal, das eine Spannung innerhalb eines zweiten Bereichs, der von dem ersten Bereich verschieden ist, hat, versorgt werden.
  • In einer Ausführungsform kann das Steuersignal durch Anlegen einer Spannung zwischen der Steueranschlussstruktur 13 und der ersten Lastanschlussstruktur 11 und/oder durch Anlegen einer Spannung zwischen der Steueranschlussstruktur 13 und der zweiten Lastanschlussstruktur 12 bereitgestellt werden.
  • Beispielsweise kann die Steueranschlussstruktur 13 wenigstens teilweise innerhalb der Zellen 14 realisiert sein, wie schematisch in 2A-3B veranschaulicht. Ferner können die Zellen 14 wenigstens teilweise innerhalb des Halbleiterkörpers 10 realisiert sein. Mit anderen Worten können die Zellen 14 einen Teil des Halbleiterkörpers 10 bilden.
  • In einer Ausführungsform können die Zellen 14 wenigstens eine erste Zelle 141 und wenigstens eine zweite Zelle 142 umfassen. Die zweite Zelle 142 kann von der ersten Zelle 141 verschieden sein und separat von der ersten Zelle 141 angeordnet sein.
  • Jede von der ersten Zelle 141 und der zweiten Zelle 142 kann auf einer Seite elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 und auf einer anderen Seite elektrisch mit der Halbleiter-Driftregion 100 (hier auch einfach als „Driftregion“ bezeichnet) des Halbleiterkörpers 10 verbunden sein. Dementsprechend können in einer Ausführungsform jede der ersten Zelle 141 und der zweiten Zelle 142 eine Schnittstelle zwischen der Driftregion 100 des Halbleiterkörpers 10 auf der einen Seite und der ersten Lastanschlussstruktur 11 auf der anderen Seite bilden. Ferner kann der Halbleiterkörper 10, z. B. die Driftregion 100, in Regionen, in denen es keine Zellen 14 gibt, z. B. in der besagten Randabschlusszone 18, elektrisch von der ersten Lastanschlussstruktur 11 isoliert sein.
  • Die Driftregion 100 kann Dotanden des ersten Leitfähigkeitstyps umfassen. Beispielsweise weist die Driftregion 100 eine Konzentration von Dotanden des ersten und/oder des zweiten Leitfähigkeitstyps innerhalb des Bereichs von 1012 cm-3 bis 1018 cm-3, z.B. 1013 cm-3 bis 1015 cm-3, z. B. innerhalb des Bereichs von 2*1013 cm-3 bis 2*1014 cm-3 auf. Beispielsweise kann die vergleichsweise hohe Dotandenkonzentration anwendbar sein, wenn die Halbleitervorrichtung eine Kompensationsstruktur aufweist (auch als Superjunction-Struktur bezeichnet). In diesem Fall können lokal hohe Konzentrationen von Dotanden des ersten und des zweiten Leitfähigkeitstyps vorkommen. Wenn man jedoch die erste und die zweite Dotandenkonzentration in der Driftregion 100 in einer Ebene integriert, kann die resultierende integrierte Dotandenkonzentration bedeutend kleiner, z. B. wenigstens um einen Faktor 3, einen Faktor 5 oder einen Faktor 10 kleiner sein als die größere der individuellen Dotandenkonzentrationen des ersten und/oder zweiten Leitfähigkeitstyps. Solche lokal hohen Dotandenkonzentrationen können unterstützend wirken, um Ladungsträger aus dem Halbleiterkörper 10 abzuführen, z. B. während des Ausschaltens, und können dementsprechend zu verringerten Ausschaltverlusten und/oder einem schnelleren Ausschalten führen.
  • In einer Ausführungsform ist die erste Zelle 141 ausgebildet, den ersten Laststrom 151 zu steuern, und die zweite Zelle 142 ist ausgebildet, den zweiten Laststrom 152 zu steuern. Beispielsweise ist die erste Zelle 141 ausgebildet, den zweiten Laststrom 152 vom Durchqueren der ersten Zelle 141 abzuhalten. Ferner kann die zweite Zelle 142 auch ausgebildet sein, den zweiten Laststrom 152 vom Durchqueren der zweiten Zelle 152 abzuhalten, z. B. wenn die Halbleitervorrichtung 1 in einem leitenden Zustand ist.
  • Die erste Zelle 141 kann somit eine unipolare Zelle sein, die ausgebildet ist, Ladungsträger des ersten Leitfähigkeitstyps zu steuern, und die zweite Zelle 142 kann eine unipolare Zelle sein, die ausgebildet ist, Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps zu steuern.
  • In einer Ausführungsform kann die Halbleitervorrichtung 1 ausgebildet sein, den totalen Laststrom 15, der von dem Halbleiterkörper 10 geleitet wird, mittels der ersten Zelle 141 und der zweiten Zelle 142, die eine Schnittstelle zwischen der ersten Lastanschlussstruktur 11 und einem Teil des Halbleiterkörpers 10, z. B. der besagten Driftregion 100, bilden können, in den ersten Laststrom 151 und in den zweiten Laststrom 152 aufzuspalten. Dementsprechend kann in dem Pfad des totalen Laststroms 15 zwischen der Driftregion 100 des Halbleiterkörpers 10 und der ersten Lastanschlussstruktur 11 der erste Laststrom 151 die erste Zelle 141 durchqueren, z. B. wenn die Halbleitervorrichtung 1 in einem leitenden Zustand ist, und wenn z. B. die Halbleitervorrichtung 1 von dem leitenden Zustand in den sperrenden Zustand geschaltet wird, kann der zweite Laststrom 152 die zweite Zelle 142 durchqueren, wie weiter unten detailreicher erklärt werden wird.
  • Mit Bezug auf 3A und 3B sollen beispielhafte Aspekte der Zellen 14 erklärt werden.
  • 3A und 3B veranschaulichen schematisch und beispielhaft Abschnitte eines vertikalen Querschnitts der Halbleitervorrichtung 1 gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. Die allgemeine Konfiguration der Halbleitervorrichtung 1 gemäß den Ausführungsformen nach 3A-B kann identisch oder ähnlich zu der allgemeinen Konfiguration der Halbleitervorrichtung 1 gemäß den Ausführungsformen nach 1A, 1B und 2A, 2B sein. Dementsprechend kann das vorstehend mit Bezug auf die 1A bis 2B Gesagte, soweit nicht anders angegeben, ebenso auf die Ausführungsformen nach 3A und 3B zutreffen.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Steuersignal, das der Steueranschlussstruktur 13 bereitgestellt wird, ein erstes Steuersignal und ein zweites Steuersignal. Das erste Steuersignal kann zum Steuern der ersten Zelle 141 bereitgestellt werden, und das zweite Steuersignal kann zum Steuern der zweiten Zelle 142 bereitgestellt werden. In einer Ausführungsform ist das erste Steuersignal identisch mit dem zweiten Steuersignale. In einer anderen Ausführungsform ist das erste Steuersignal verschieden von dem zweiten Steuersignal. Das Steuersignal kann von außerhalb der Halbleitervorrichtung 1 bereitgestellt werden, z. B. durch einen Treiber (nicht dargestellt), der ausgebildet ist, dass erste Steuersignal und das zweite Steuersignal zu erzeugen. In einer weiteren Ausführungsform können eines oder beide von dem ersten Steuersignal und dem zweiten Steuersignal durch ein internes Signal oder durch einen internes Potenzial der Halbleitervorrichtung 1 erzeugt oder bereitgestellt werden.
  • Ferner kann die Steueranschlussstruktur 13 eine oder mehrere erste Steuerelektroden 131 und/oder eine oder mehrere zweite Steuerelektroden 132 umfassen.
  • Die erste Zelle 141 kann eine oder mehrere der ersten Steuerelektroden 131 umfassen, die ausgebildet sein können, das erste Steuersignal zu empfangen. Die ersten Steuerelektroden 131 können mittels einer Isolationsstruktur 133 von dem Halbleiterkörper 10 isoliert sein.
  • Die zweite Zelle 142 kann eine oder mehrere der zweiten Steuerelektroden 132 umfassen, die ausgebildet sein können, das zweite Steuersignal zu empfangen. Die zweiten Steuerelektroden 132 können ebenfalls mittels der Isolationsstruktur 133 von dem Halbleiterkörper 10 isoliert sein.
  • Das Material und die Abmessungen der einen oder mehreren ersten Steuerelektroden 131 kann identisch mit dem Material und den Abmessungen der einen oder mehreren zweiten Steuerelektroden 132 sein oder davon verschieden sein.
  • Ferner sollte bereits an dieser Stelle verstanden werden, dass die Steuerelektroden 131 und 132 im Unterschied zu den beispielhaften schematischen Darstellungen in 3A, 3B, 5A und 6 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen auch in Kontakt miteinander angeordnet sein können, wodurch sie eine monolithische Steuerelektrode bilden, die verwendet wird, um sowohl die erste Zelle 141 als auch die zweite Zelle 142 zu steuern. Mit anderen Worten können die Steuerelektroden 131 und 132 in einer Ausführungsform jeweilige Abschnitte einer gemeinsamen Steuerelektrode sein.
  • Die Isolationsstruktur 133 kann somit jede der ersten Steuerelektrode(en) 131 und der zweiten Steuerelektrode(en) 132 beherbergen. Ferner können eine oder mehrere oder jede der ersten Steuerelektrode(n) 131 und der zweiten Steuerelektrode(n) 132 von der ersten Lastanschlussstruktur 11 elektrisch isoliert sein.
  • In einer Ausführungsform enthält die erste Zelle 141 eine erste Mesa 101, die wenigstens teilweise als ein Teil des Halbleiterkörpers 10 ausgeführt ist. Ebenso kann die zweite Zelle 142 eine zweite Mesa 102 enthalten, die wenigstens teilweise als ein Teil des Halbleiterkörpers 10 ausgeführt ist. Beispielsweise ist jede der ersten Mesa 101 und der zweiten Messe 102 elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 verbunden. Die zweite Mesa 102 kann von der ersten Mesa 101 verschieden und von dieser separat angeordnet sein.
  • Die erste Mesa 101 und die zweite Mesa 102 können durch die Isolationsstruktur 133 räumlich begrenzt sein. Beispielhafte Spezifikationen der räumlichen Abmessungen der Mesa 101 und 102 und ihrer Komponenten werden mit Bezug auf 5 offenbart werden. Zugleich kann die Isolationsstruktur 133 die erste(n) Steuerelektrode(n) 131 und die zweite(n) Steuerelektrode(n) 132 beherbergen.
  • Die erste Mesa 101 kann eine erste Anschlussregion 1011 umfassen, die elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 verbunden ist. Die erste Anschlussregion 1011 kann eine erste Halbleiter-Anschlussregion sein. Beispielsweise umfasst die erste Anschlussregion 1011 Dotanden des ersten Leitfähigkeitstyp, z. B. mit einer Dotandenkonzentration im Bereich von 1019 cm-3 bis 1022 cm-3, z. B. 1020 cm-3 bis 5*1021 cm-3. Beispielsweise ist die erste Anschlussregion 1011 eine n+-Region. Dementsprechend kann eine Dotandenkonzentration der ersten Anschlussregion 1011 um wenigstens zwei Größenordnungen (entsprechend einem Faktor 100) größer sein als die Dotandenkonzentration der Driftregion 100.
  • Ebenso kann die zweite Mesa 102 eine zweite Anschlussregion 1021 enthalten, die elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 verbunden ist. Die zweite Anschlussregion 1021 kann eine zweite Halbleiter-Anschlussregion sein. Beispielsweise umfasst die zweite Anschlussregion 1021 Dotanden des zweiten Leitfähigkeitstyps, z. B. mit einer Dotandenkonzentration im Bereich von 1018 cm-3 bis 1022 cm-3, z.B. 1019 cm-3 bis 1021 cm-3. Beispielsweise ist die zweite Anschlussregion 1021 eine p+-Region. Dementsprechend kann eine Dotandenkonzentration der zweiten Anschlussregion 1021 wenigstens zwei Größenordnungen größer sein als die Dotandenkonzentration der Driftregion 100.
  • Die erste Mesa 101 kann ferner eine erste Kanalregion 1012 enthalten, die mit der ersten Anschlussregion 1011 in Kontakt ist. Die erste Kanalregion 1012 kann eine erste Halbleiter-Kanalregion sein. Beispielsweise umfasst die erste Kanalregion 1012 Dotanden des zweiten Leitfähigkeitstyps, z. B. mit einer Dotandenkonzentration im Bereich von bis zu 1019 cm-3, z. B. 1011 cm-3 bis 1018 cm-3, z. B. im Bereich von 1014 cm-3 bis 1018 cm-3. Beispielsweise ist die erste Kanalregion 1012 eine p-Region oder einer p-Region. In einer anderen Ausführungsform umfasst die erste Kanalregion 1012 Dotanden des ersten Leitfähigkeitstyps, z. B. mit einer Dotandenkonzentration im Bereich von bis zu 1019 cm-3, z.B. 1011 cm-3 bis 1018 cm-3, z. B. im Bereich von 1014 cm-3 bis 1018 cm-3.
  • Beispielsweise kann die erste Kanalregion 1012 ferner an die Halbleiter-Driftregion 100 gekoppelt sein, z. B. kann sie mit der Driftregion 100 in Kontakt sein oder mittels einer Plateau-Region (nicht dargestellt in 2A-3B) daran gekoppelt sein, welcher weiter unten in größerem Detail erläutert wird.
  • In einer Ausführungsform kann die erste Kanalregion 1012 die erste Anschlussregion 1011 von der Halbleiter-Driftregion 100 abtrennen. Ferner kann die erste Kanalregion 1012 eine elektrisch floatende Region sein. Beispielsweise ist die erste Kanalregion 1012 nicht mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 in Kontakt, sondern von dieser mittels der ersten Anschlussregion 1011 getrennt.
  • Die zweite Mesa 102 kann ferner eine zweite Kanalregion 1022 enthalten, die mit der zweiten Anschlussregion 1021 in Kontakt ist. Die zweite Kanalregion 1022 kann eine zweite Halbleiter-Kanalregion sein. Beispielsweise umfasst die zweite Kanalregion 1022 Dotanden des zweiten Leitfähigkeitstyps, z. B. mit einer Dotandenkonzentration im Bereich von bis zu 1019 cm-3, z.B. 1011 cm-3 bis 1018 cm-3, z.B. im Bereich von 1014 cm-3 bis 1018 cm-3. Beispielsweise ist die zweite Kanalregion 1022 eine p-Region. In einer anderen Ausführungsform umfasst die zweite Kanalregion 1022 Dotanden des ersten Leitfähigkeitstyps, z. B. mit einer Dotandenkonzentration im Bereich von bis zu 1019 cm-3, z.B. 1011 cm-3 bis 1018 cm-3, z.B. im Bereich von 1014 cm-3 bis 1018 cm-3.
  • Beispielsweise kann die zweite Kanalregion 1022 ferner an die Halbleiter-Driftregion 100 gekoppelt sein, z. B. kann sie in Kontakt mit der Driftregion 100 sein oder daran mittels einer weiteren Plateau-Region (nicht dargestellt in 2A-3B), die untenstehend detailreicher erläutert wird, gekoppelt sein.
  • Ferner kann die zweite Kanalregion 1022 die zweite Anschlussregion 1021 von der Halbleiter-Driftregion 100 abtrennen. Ferner kann die zweite Kanalregion 1022 eine elektrisch floatende Region sein. Beispielsweise ist die zweite Kanalregion 1022 nicht in Kontakt mit der ersten Lastanschlussstruktur 11, sondern mittels der zweiten Anschlussregion 1021 davon getrennt. In einem weiteren Beispiel kann die zweite Kanalregion 1022 von demselben Leitfähigkeitstyp sein wie die zweite Anschlussregion 1021, und die zweite Kanalregion 1022 wird nur zeitweise in einen isolierenden oder floatenden Zustand gebracht, indem eine geeignete Austrittsarbeit des Materials der zweiten Steuerelektrode 132 vorgesehen oder ein geeignetes elektrisches Potenzial an die zweite Steuerelektrode 132 angelegt wird.
  • Die erste Mesa 101 kann eine erste Halbleiter-Mesa sein, und die zweite Mesa 102 kann eine zweite Halbleiter-Mesa sein. In einer anderen Ausführungsform können eine oder jede der ersten Anschlussregion 1011 und der zweiten Anschlussregion 1022 ein Metall umfassen.
  • Beispielsweise macht die erste Anschlussregion 1011 einen bestimmten Anteil des gesamten Volumens der ersten Mesa 101 aus, z. B. innerhalb des Bereichs von bis zu 75 %, z. B. 10 % bis 75 %, z. B. im Bereich von 20 % bis 50 %. Die erste Kanalregion 1012 kann einen anderen Anteil des gesamten Volumens der ersten Mesa 101 ausmachen, z. B. innerhalb des Bereichs von 10 % bis 90 %, z. B. 25 % bis 90 %, z. B. im Bereich von 25 % bis 75 %.
  • Die zweite Anschlussregion 1021 kann einen bestimmten Anteil des gesamten Volumens der zweiten Mesa 102 ausmachen, z. B. innerhalb des Bereichs von bis zu 75 %, z. B. 10 % bis 70 %, z. B. im Bereich von 20 % bis 50 %. Die zweite Kanalregion 1022 kann einen anderen Anteil des totalen Volumens der zweiten Mesa 102 ausmachen, z. B. innerhalb des Bereichs von 10 % bis 90 %, z. B. 25 % bis 90 %, z. B. im Bereich von 25 % bis 75 %.
  • In einer Ausführungsform ist die erste Zelle 141, die die erste Mesa 101 enthält, ausgebildet, in dem leitenden Zustand der Halbleitervorrichtung 1 die erste Kanalregion 1012 vollständig an beweglichen Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps zu verarmen.
  • Ferner kann die zweite Zelle 142, die die zweite Mesa 102 enthält, ausgebildet sein, in dem leitenden Zustand der Halbleitervorrichtung 1 die zweite Kanalregion 1022 vollständig an beweglichen Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps zu verarmen.
  • Wie beispielhaft in 3B veranschaulicht, kann die Halbleitervorrichtung 1 in dem leitenden Zustand ausgebildet sein, den Pfad des totalen Laststroms 15 in wenigstens zwei separate Pfade aufzuspalten, von denen der erste von dem ersten Laststrom 151 genommen wird und die erste Mesa 101 durchläuft, die die erste Kanalregion 1012 enthält, welche vollständig an beweglichen Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps verarmt ist, und von denen der zweite von dem zweiten Laststrom 152 genommen wird und weder die zweite Mesa 102, die die zweite Kanalregion 1022 enthält, welche vollständig an beweglichen Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps verarmt sein kann, durchläuft, noch die erste Mesa 101, die die erste Kanalregion 1012 enthält, welche ebenso vollständig an beweglichen Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps verarmt sein kann. Vielmehr kann die zweite Zelle 142 ausgebildet sein, den Fluss des zweiten Laststroms 152 durch die zweite Mesa 102 zu sperren und hierdurch zu verhindern, dass bewegliche Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps den Halbleiterkörper 10 während des leitenden Zustands der Halbleitervorrichtung 1 verlassen. Mit anderen Worten kann während des leitenden Zustands die Größe des zweiten Laststroms 152 innerhalb jeder der ersten Mesa 101 und der zweiten Mesa 102 gemäß einer Ausführungsform im Wesentlichen null betragen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ein bestimmter Anteil des Laststroms von bis zu 30 % oder bis zu 20 % oder bis zu 10 % von dem zweiten Laststrom 152, welcher wenigstens eine von der ersten Mesa 101 und der zweiten Mesa 102 durchqueren kann, geleitet werden.
  • Im Folgenden soll der Ausdruck „vollständig verarmte Kanalregion“ eine Kanalregion beschreiben, die vollständig an beweglichen Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps verarmt ist, wobei bewegliche Ladungsträger des ersten Leitfähigkeitstyps dennoch in einem erheblichen Umfang in der vollständig verarmten Kanalregion vorhanden sein können. Dieselbe Definition gilt für den Ausdruck „vollständig verarmbare Kanalregion“.
  • Beispielsweise enthält die vollständig verarmte erste Kanalregion 1012 keine beweglichen Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps oder wenigstens keine Dichte an beweglichen Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps oberhalb eines Leckstrom-Niveaus. Ferner enthält in einem Ausführungsbeispiel die vollständig verarmte zweite Kanalregion 1022 keine beweglichen Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps oder wenigstens keine Dichte von beweglichen Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps oberhalb eines Leckstrom-Niveaus.
  • Folglich sind in einer Ausführungsform die Kanalregionen 1012 und 1022 in einem leitenden Zustand der Halbleitervorrichtung 1 vollständig verarmte Regionen.
  • Beispielsweise sind die Kanalregionen 1012 und 1022 vollständig verarmt. Dies kann z. B. erreicht werden durch das Auswählen von Materialien für die Steuerelektroden 131 und 132, welche in Austrittsarbeiten der Steuerelektroden 131, 132 resultieren, die von denen der Kanalregionen 1012 und/oder 1022 verschieden sein können. Zusätzlich oder alternativ kann dies erreicht werden durch Setzen der Steuerelektroden 131 und 132 auf ein geeignetes elektrisches Potenzial, z. B. mit Bezug auf das elektrische Potenzial der ersten Lastanschlussstruktur 11. Somit kann in einer Ausführungsform die vollständige Verarmung der Kanalregionen 1012, 1022 erreicht werden durch einen Unterschied zwischen der (den) Austrittsarbeit(en) von einer oder beiden der Steuerelektroden 131, 132 auf der einen Seite und der (den) Austrittsarbeit(en) von einer oder beiden der Kanalregionen 1012, 1022 auf der anderen Seite und durch das Setzen einer oder beider der Steuerelektroden 131, 132 auf ein definiertes elektrisches Potenzial.
  • Wenn beispielsweise die Halbleitervorrichtung 1 in den leitenden Zustand versetzt wird, z. B. durch Anlegen einer Spannung innerhalb des ersten Bereichs zwischen jeder der Steuerelektroden 131 und 132 auf der einen Seite und der ersten Lastanschlussstruktur 11 auf der anderen Seite (z. B. kann das elektrische Potenzial von jeder der Steuerelektroden 131 und 132 größer sein als das elektrische Potenzial der ersten Lastanschlussstruktur 11), können die Kanalregionen 1012 und 1022 vollständig an beweglichen Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps verarmt werden. In der ersten Kanalregion 1012 können dann bedeutend weniger bewegliche Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyp, z. B. Löcher, sein verglichen mit einem Zustand, in welchem keine positive Spannung angelegt wird. Und in der zweiten Kanalregion 1022 können dann ebenfalls bedeutend weniger bewegliche Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps, z. B. Löcher, sein. Beispielsweise soll die Formulierung „bedeutend weniger bewegliche Ladungsträger“ in dieser Beschreibung beschreiben, dass die Menge von beweglichen Ladungsträgern des jeweiligen Leitfähigkeitstyps weniger als 10 % von den beweglichen Ladungsträgern des anderen Leitfähigkeitstyps ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Halbleitervorrichtung 1 ausgebildet, die erste Kanalregion 1012 an Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps zu verarmen, wenn eine Spannung, die zwischen der ersten Steuerelektrode 131 und der ersten Lastanschlussstruktur 11 angelegt ist, innerhalb des ersten Bereichs ist, z. B. innerhalb eines Bereichs von -3 V bis +3 V. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Halbleitervorrichtung 1 ausgebildet, die erste Kanalregion 1012 vollständig zu verarmen, wenn ein elektrisches Feld, das zwischen der ersten Steuerelektrode 131 und der ersten Lastanschlussstruktur 11 angelegt ist, innerhalb eines ersten Bereichs ist, z. B. innerhalb eines Bereichs von -10 MV/cm bis +10 MV/cm oder innerhalb eines Bereichs von -6 MV/cm bis +6 MV/cm oder innerhalb eines Bereichs von -4 MV/cm bis +4 MV/cm. Dasselbe kann analog auf die zweite Kanalregion 1022 zutreffen.
  • Beispielsweise existiert in einem sperrenden Zustand der Halbleitervorrichtung 1 nur ein Strompfad für den zweiten Laststrom 152 in wenigstens einer der Kanalregionen 1012 und 1022, z. B. nur in der Kanalregion 1022, wodurch es einem eventuellen Leckstrom ermöglicht wird zu passieren. Wie vorstehend beschrieben kann eine zwischen den Lastanschlussstrukturen 11 und 12 angelegte Vorwärtsspannung eine Raumladungszone an einer Übergangszone, die an einem Übergang zu der Driftregion 100 ausgebildet ist, induzieren.
  • Um die Halbleitervorrichtung 1 von dem leitenden Zustand in den sperrenden Zustand zu schalten, kann eine Spannung innerhalb eines zweiten Bereichs, der von dem ersten Bereich verschieden ist, zwischen der ersten Steuerelektrode 131 und der ersten Lastanschlussstruktur 11 angelegt werden, um den Laststrompfad in der ersten Kanalregion 1012 abzuschneiden. Beispielsweise kann der zweite Bereich von 0 V bis zu einem bestimmten negativen Spannungswert reichen, wenn der in der ersten Kanalregion 1012 abzuschneidende Laststrompfad ein Elektronen-Strompfad ist. Entsprechend kann der zweite Bereich von 0 V bis zu einer bestimmten positiven Spannung reichen, wenn der in der ersten Kanalregion 1012 abzuschneidende Laststrompfad ein Löcher-Strompfad ist. Dieselbe Spannung oder eine andere Spannung in dem zweiten Bereich oder eine noch andere Spannung kann auch zwischen der zweiten Steuerelektrode 132 und der ersten Lastanschlussstruktur 11 angelegt werden. Dann kann ein Akkumulationskanal von beweglichen Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps in der zweiten Kanalregion 1022 induziert werden. Ferner ist in einer Ausführungsform die zweite Kanalregion 1022 nicht verarmt, sondern bildet aufgrund von Dotanden des zweiten Leitfähigkeitstyps eine leitende Verbindung zu der ersten Lastanschlussstruktur 11 hin. Beispielsweise kann der Akkumulationskanal eine Bewegung der zweiten Ladungsträger vom zweiten Leitfähigkeitstyp aus dem Halbleiterkörper 10 heraus zu der ersten Lastanschlussstruktur 11 ermöglichen. Dies kann zu einer schnellen Verringerung der totalen Ladungsträgerkonzentration in dem Halbleiterkörper 10 während des Ausschaltens der Halbleitervorrichtung 1 beitragen.
  • Um die Halbleitervorrichtung 1 von dem sperrenden Zustand in den leitenden Zustand zu schalten, kann eine Spannung innerhalb des ersten Bereichs zwischen der ersten Steuerelektrode 131 und der ersten Lastanschlussstruktur 11 angelegt werden, wie vorstehend beschrieben. Ein Strompfad für bewegliche Ladungsträger des ersten Leitfähigkeitstyps kann dann in der ersten Kanalregion 1012 induziert werden, z. B. durch Bildung eines Inversionskanals. Der Inversionskanal kann sich entlang der Erstreckungsrichtung Z über die gesamte Kanalregion 1012 hinweg erstrecken. In einer Variante kann sich der Inversionskanal auch entlang der ersten lateralen Richtung X und/oder der zweiten lateralen Richtung Y über die gesamte erste Kanalregion 1012 hinwegerstrecken. Gleichzeitig kann aufgrund der Tatsache, dass die Spannung innerhalb des ersten Bereichs ist, die erste Kanalregion 1012 vollständig an beweglichen Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps verarmt werden, sodass ein Fluss von beweglichen Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps durch die erste Kanalregion 1012 zwischen dem Halbleiterkörper 10 und der ersten Lastanschlussstruktur 11 unterbunden wird. Dieselbe Spannung oder eine andere Spannung in dem ersten Bereich oder eine noch andere Spannung kann ferner zwischen der zweiten Steuerelektrode 132 und der ersten Lastanschlussstruktur 11 angelegt werden. Die zweite Kanalregion 1022 kann dann vollständig an beweglichen Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps verarmt werden, so dass ein Fluss von beweglichen Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps durch die zweite Kanalregion 1022 zwischen dem Halbleiterkörper 10 und der ersten Lastanschlussstruktur 11 verringert oder unterbunden wird.
  • Der Halbleiterkörper 10 kann ferner eine dritte Anschlussregion 103 umfassen, die elektrisch mit der zweiten Lastanschlussstruktur 12 verbunden und an die Driftregion 100 gekoppelt ist. Die dritte Anschlussregion 103 kann eine dritte Halbleiter-Anschlussregion sein. Beispielsweise umfasst die dritte Anschlussregion 103 einen ersten Emitter, der Dotanden des zweiten Leitfähigkeitstyps hat, und/oder einen zweiten Emitter, der Dotanden des ersten Leitfähigkeitstyps, z. B. sogenannte n-Shorts (in dem Fall, dass der erste Leitfähigkeitstyp n ist), um eine Rückwärtsleitfähigkeit der Halbleitervorrichtung 1 zu implementieren. Ferner kann die dritte Anschlussregion 103 eine Pufferregion, auch als Feldstoppregion bekannt, umfassen, welche z. B. Dotanden desselben Leitfähigkeitstyps wie die Driftregion 100 enthalten kann, z. B. vom ersten Leitfähigkeitstyp, jedoch mit einer höheren Dotandenkonzentration verglichen mit der Dotandenkonzentration der Driftregion 100. Da diese exemplarischen Konfigurationen der dritten Anschlussregion 103 dem Fachmann allgemein bekannt sind, werden der erste Emitter, der zweite Emitter und die Pufferregion jedoch weder in 3 veranschaulicht noch hier in größerem Detail erläutert.
  • Wie vorstehend erläutert wurde, kann der Halbleiterkörper 10 ausgebildet sein, den totalen Laststrom 15 in Vorwärtsrichtung zwischen den Lastanschlussstrukturen 11 und 12 zu leiten. Zu diesem Zweck kann die erste Steuerelektrode 131 ausgebildet sein, in Reaktion auf das Empfangen des ersten Steuersignals einen Inversionskanal zum Leiten des ersten Laststroms 151 innerhalb der ersten Kanalregion 1012 zu induzieren. Beispielsweise kann die Halbleitervorrichtung 1 ausgebildet sein, in Reaktion auf das Empfangen des ersten Steuersignals die erste Kanalregion 1012 bezüglich beweglicher Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps vollständig zu verarmen. Entsprechend kann die Halbleitervorrichtung 1 ausgebildet sein, in Reaktion auf das Empfangen des zweiten Steuersignals die zweite Kanalregion 1022 bezüglich beweglicher Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps vollständig zu verarmen.
  • Gemäß einer Ausführungsform enthält die erste Lastanschlussstruktur 11 einen Source-Anschluss (auch als „Emitter-Anschluss“ bezeichnet), und die Steueranschlussstruktur 13 enthält einen Gate-Anschluss. Somit kann die erste Anschlussregion 1011 der ersten Mesa 101 eine Source-Region bilden, z. B. eine Halbleiter Source-Region.
  • Beispielsweise kann die erste Steuerelektrode 131 mit dem ersten Steuersignal, das eine Spannung innerhalb eines ersten Bereichs hat, versorgt werden, um einen Inversionskanal innerhalb der ersten Kanalregion 1012 zu erzeugen, um die Halbleitervorrichtung 1 in einen leitenden Zustand zu versetzen, währenddessen der totale Laststrom 15 zwischen den Lastanschlussstrukturen 11, 12 in einer Vorwärtsrichtung geleitet werden kann. Beispielsweise wird die Spannung zwischen der ersten Steuerelektrode 131 und der ersten Lastanschlussstruktur 11 angelegt. In einer Ausführungsform ist das elektrische Potenzial der ersten Steuerelektrode 131 größer als das elektrische Potenzial der ersten Lastanschlussstruktur 11, wenn die angelegte Spannung innerhalb des ersten Bereichs ist.
  • Zum Versetzen der Halbleitervorrichtung 1 in einen sperrenden Zustand, in welchem eine zwischen der zweiten Lastanschlussstruktur 12 und der ersten Lastanschlussstruktur 11 angelegte Spannung in der Vorwärtsrichtung gesperrt werden kann und der Fluss des Laststroms 15 in der Vorwärtsrichtung verhindert wird, kann die erste Steuerelektrode 131 mit dem Steuersignal versorgt werden, welches eine Spannung innerhalb des zweiten Bereichs, der von dem ersten Bereich verschieden ist, hat, um eine Verarmungsregion zu induzieren, z. B. an einem Übergang zwischen der ersten Kanalregion 1012 und der Driftregion 100. Beispielsweise wird die Spannung zwischen der ersten Lastanschlussstruktur 11 und der ersten Steuerelektrode 131 angelegt. In einer Ausführungsform ist das elektrische Potenzial der ersten Steuerelektrode 131 gleich dem elektrischen Potenzial der ersten Lastanschlussstruktur 11 oder geringer als das elektrische Potenzial der ersten Lastanschlussstruktur 11, wenn die angelegte Spannung innerhalb des zweiten Bereichs ist.
  • Beispielsweise kann die Struktur wie sie schematisch in jeder der 1A bis 3B veranschaulicht ist verwendet werden, um eine oder mehrere Vorrichtungszellen eines IGBT, eines RC-IGBT, eines MOSFET oder Ähnliches zu bilden. In einer Ausführungsform ist die Halbleitervorrichtung 1 eines von einem IGBT, einem RC-IGBT oder einem MOSFET.
  • Entsprechend dem vorstehend Gesagten kann eine Ausführungsform des Betriebs und der Konfiguration der Halbleitervorrichtung 1 wie folgt zusammengefasst werden. Die Halbleitervorrichtung 1 kann ausgebildet sein, in den leitenden Zustand versetzt zu werden durch Bereitstellen des Steuersignals mit einer Spannung innerhalb des ersten Bereichs. Die erste Zelle 141 kann ausgebildet sein, in Reaktion auf das Empfangen eines solchen Steuersignals einen Inversionskanal innerhalb der ersten Kanalregion 1012 zu induzieren, so dass der erste Laststrom 151 von ersten Ladungsträgern des ersten Leitfähigkeitstyps die erste Mesa 101 durchqueren kann. Zugleich kann die erste Zelle 141 ausgebildet sein, die erste Kanalregion 1012 mit Bezug auf Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps vollständig zu verarmen und auf diese Weise einen Fluss des zweiten Laststroms 152 innerhalb der ersten Mesa 101 drastisch zu verringern oder zu unterbinden. Ferner kann die zweite Zelle 142 ausgebildet sein, in Reaktion auf das Empfangen eines solchen Steuersignals die zweite Kanalregion 1022 vollständig mit Bezug auf Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps zu verarmen und auf diese Weise einen Fluss sowohl des ersten Laststroms 151 als auch des zweiten Laststroms 152 innerhalb der zweiten Mesa 102 zu unterbinden. Somit kann während des leitenden Zustandes der totale Laststrom innerhalb der Zellen 141 und 142 im Wesentlichen nur von dem ersten Laststrom 151 dominiert oder sogar gebildet werden, da der zweite Laststrom 152 innerhalb der besagten Zellen 141 und 142 im Wesentlichen null beträgt. Um die Halbleitervorrichtung 1 von dem leitenden Zustand in den sperrenden Zustand zu schalten, kann das Steuersignal mit einer Spannung innerhalb des zweiten Bereichs, der von dem ersten Bereich verschieden ist, bereitgestellt werden. Die Halbleitervorrichtung 1 kann ausgebildet sein, in Reaktion auf das Empfangen eines solchen Steuersignals eine Bewegung von beweglichen Ladungsträgern aus dem Halbleiterkörper 10 heraus zu verursachen. Zu diesem Zweck kann die erste Zelle 141 ausgebildet sein, durch Abbrechen des Inversionskanals den ersten Laststrom 151 innerhalb der ersten Mesa 101 abzuschneiden. Zugleich kann die zweite Zelle 142 ausgebildet sein, einen Akkumulationskanal innerhalb der zweiten Kanalregion 1022 zu induzieren, um den Fluss des zweiten Laststroms 152 innerhalb der zweiten Mesa zu ermöglichen. Tatsächlich kann ein solcher zweiter Laststrom 152 als ein Ausräumstrom angesehen werden, da er dafür sorgt, dass der Halbleiterkörper 10 mit Bezug auf zweite Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps verarmt wird. Somit kann während des Ausschaltens der totale Laststrom 15 innerhalb der Zellen 141 und 142, d.h. der totale Laststrom 15 in der Nähe der ersten Lastanschlussstruktur 11 von dem zweiten Laststrom 152 innerhalb der zweiten Zelle 142 dominiert oder sogar im Wesentlichen gebildet werden.
  • 4 veranschaulicht schematisch beispielhafte Verteilungen von Ladungsträgerkonzentrationen in dem Halbleiterkörper 10 der Halbleitervorrichtung 1 wenn diese in dem leitenden Zustand ist, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Die gestrichelte Linie veranschaulicht beispielhaft die Verteilung der Konzentration (CC) von Ladungsträgern des ersten Leitfähigkeitstyps, z. B. Elektronen, entlang der Erstreckungsrichtung Z, und die gepunktete Linie veranschaulicht beispielhaft die Verteilung der Konzentration (CC) von Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps, z. B. Löcher, entlang der Erstreckungsrichtung Z. Wie veranschaulicht kann in der Nähe der ersten Lastanschlussstruktur 11, z.B. innerhalb der Zellen 141 und 142, die Konzentration der Ladungsträger des ersten Leitfähigkeitstyps höher sein als die Konzentration der Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps, z. B. aus den Gründen wie sie im vorigen Absatz dargelegt wurden und weil Dotierungsregionen in den Zellen 141 und 142 zu den Kurven beitragen können.
  • Entlang der Erstreckung des Halbleiterkörpers 10 in der Erstreckungsrichtung Z, z.B. innerhalb der Driftregion 100, kann die Konzentration der Ladungsträger des ersten Leitfähigkeitstyps im Wesentlichen gleich der Konzentration der Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps sein, z.B. aufgrund der physikalischen Anforderung der Ladungsneutralität, die innerhalb des Elektron-Loch-Plasmas in der Driftregion 100 bestehen kann.
  • In der Nähe der zweiten Lastanschlussstruktur 12 kann die Konzentration der Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps bedeutend höher sein als die Konzentration der Ladungsträger des ersten Leitfähigkeitstyps, z. B. weil Ladungsträger des ersten Leitfähigkeitstyps sich kontinuierlich aus dem Halbleiterkörper 10 in die zweite Lastanschlussstruktur 12 bewegen können, wobei Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps kontinuierlich aus dem ersten Emitter heraus, der in der dritten Anschlussregion 103, die elektrisch mit der zweite Lastanschlussstruktur 12 verbunden ist, enthalten sein kann, in die Driftregion 100 gepumpt werden können, wobei der erste Emitter Dotanden vom zweiten Leitfähigkeitstyp umfassen kann. Gemäß einer anderen Ausführungsform, die nicht in 4 veranschaulicht ist, kann in der Nähe der zweiten Lastanschlussstruktur 12 auch die Dichte der Ladungsträger des ersten Leitfähigkeitstyps in einem Gebiet nahe einer Dotierungsregion des ersten Leitfähigkeitstyps viel größer sein, z. B. um eine Rückwärtsleitfähigkeit der Halbleitervorrichtung 1 zu implementieren, wie bereits gesagt. In einem Gebiet einer Puffer- oder Feldstoppregion können Unterschiede in den Dichten von Ladungsträgern des ersten und des zweiten Leitfähigkeitstyps vorkommen.
  • Beispielsweise kann die Halbleitervorrichtung 1 ausgebildet sein, innerhalb des Halbleiterkörpers 10, z. B. innerhalb der Driftregion 100, eine totale Konzentration von Ladungsträgern größer als 1016 cm-3 oder sogar größer als 1017 cm-3, oder sogar größer als 2*1017 cm-3 zu induzieren. Solche hohen Konzentrationen von Ladungsträgern können es ermöglichen, eine vergleichsweise geringe Durchlassspannung während des leitenden Zustands zu erreichen, d.h. eine Spannung zwischen der ersten Lastanschlussstruktur 11 und der zweiten Lastanschlussstruktur 12 von weniger als 1 V, weniger als 0,9 V oder sogar weniger als 0,8 V bei einem nominalen Laststrom oder bei einer Laststromdichte, die durch einen horizontalen Querschnitt der Halbleitervorrichtung fließt, von wenigstens 100 A/cm2 und bei etwa 20 °C. Diese Durchlassspannung kann im Wesentlichen durch einen pn-Übergang (nicht veranschaulicht) in der Nähe der zweiten Lastanschlussstruktur 12 verursacht werden. Somit kann der Abfall der Durchlassspannung entlang der Strecke zwischen der ersten Lastanschlussstruktur 11 und der zweiten Lastanschlussstruktur 12 asymmetrisch verteilt sein, z. B. weil die hauptsächliche Änderung in der Spannung in der Nähe der zweiten Lastanschlussstruktur 12 auftritt und eine vernachlässigbare Änderung der Spannung in der Nähe der ersten Lastanschlussstruktur 11 auftritt. Wenn der Halbleiterkörper 10 beispielsweise auf Silizium (Si) basiert ist, kann eine Durchlassspannung von bedeutend weniger als 0,7 V kaum erreicht werden.
  • Mit Blick auf 5A sollen einige beispielhafte räumliche Abmessungen der ersten Zelle 141 und der zweiten Zelle 142 erklärt werden. Bevor spezifische Werte angegeben werden soll verstanden werden, dass die Zellen 14 einschließlich der ersten Zelle 141 und der zweiten Zelle 142 entweder eine Streifenkonfiguration oder eine Nadelkonfiguration aufweisen können, wie mit Bezug auf 1 A erklärt wurde.
  • In dem ersten Fall („Streifen“) können, wie schematisch in 5B veranschaulicht, jede der ersten Mesa 101 und der zweiten Mesa 102 die Form einer Finne aufweisen, die eine totale laterale Ausdehnung entlang der einen lateralen Richtung (z.B. Y) hat, welche wenigstens ein Vielfaches der totalen lateralen Ausdehnung in der anderen lateralen Richtung (z. B. X) beträgt. Beispielsweise können die finnenförmigen Mesen 101 und 102 sich in einer lateralen Richtung im Wesentlichen entlang des gesamten aktiven Zellenfelds 16 erstrecken.
  • In dem zweiten Fall („Nadel“) können, wie schematisch in 5C veranschaulicht, jede der ersten Mesa 101 und der zweiten Mesa 102 die Form eines Drahtes aufweisen. Beispielsweise können die Mesen 101 und 102 jeweils einen kreisförmigen oder rechteckigen Querschnitt parallel zu einer horizontalen Ebene aufweisen und können jeweils vollständig von der Isolationsstruktur 133 umgeben sein.
  • Somit können gemäß der Ausführungsform, die schematisch in 5A veranschaulicht ist, die Zellen 141 und 142 beispielsweise eine Nadelkonfiguration oder eine Streifenkonfiguration aufweisen. In einer weiteren Ausführungsform kann die erste Zelle 141 eine Streifenkonfiguration aufweisen, und die zweite Zelle 142 kann eine Nadelkonfiguration aufweisen oder umgekehrt.
  • In einer Ausführungsform erstrecken sich die erste Anschlussregion 1011 und die zweite Anschlussregion 1021 jeweils von ihrem jeweiligen Kontakt mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 auf der Höhe Z0 (die bei 0 nm liegen kann) aus entlang der Erstreckungsrichtung Z bis zu einer Höhe Z12 bzw. zu einer Höhe Z22, welche jeweils innerhalb des Bereichs von 30 nm bis 500 nm, innerhalb des Bereichs von 50 nm bis 400 nm oder innerhalb des Bereichs von 50 nm bis 300 nm sein können. Die Höhen Z12 und Z22 können im Wesentlichen identisch zueinander sein. Dementsprechend kann die erste Anschlussregion 1011 entlang der Erstreckungsrichtung Z eine totale Ausdehnung DZ13 innerhalb des Bereichs von 30 nm bis 500 nm, innerhalb des Bereichs von 50 nm bis 400 nm oder innerhalb des Bereichs von 50 nm bis 300 nm haben, und die zweite Anschlussregion 1021 kann eine totale Ausdehnung DZ23 in der Erstreckungsrichtung Z haben, die im Wesentlichen identisch zu DZ13 ist.
  • Ferner können sich die erste Kanalregion 1012 und die zweite Kanalregion 1022 jeweils von dem Kontakt mit der ersten Anschlussregion 1011 auf der Höhe Z12 bzw. von dem Kontakt mit der zweiten Anschlussregion 1021 auf der Höhe Z22 entlang der Erstreckungsrichtung Z bis zu einer Höhe Z13 bzw. zu einer Höhe Z23 erstrecken, welche jeweils innerhalb des Bereichs von 50 nm bis 700 nm, innerhalb des Bereichs von 60 nm bis 550 nm oder innerhalb des Bereichs von 100 nm bis 400 nm sein können. Die Höhen Z13 und Z23 können identisch zueinander sein. Entsprechend kann die erste Kanalregion 1012 entlang der Erstreckungsrichtung Z eine totale Ausdehnung DZ14 innerhalb des Bereichs von 50 nm bis 700 nm, innerhalb des Bereichs von 80 nm bis 550 nm oder innerhalb des Bereichs von 150 nm bis 400 nm haben, und die zweite Kanalregion 1022 kann eine totale Ausdehnung DZ24 in der Erstreckungsrichtung haben, die im Wesentlichen identisch zu DZ14 ist.
  • Die erste Steuerelektrode 131 und die zweite Steuerelektrode 132 können von der ersten Lastanschlussstruktur 11 entlang der Erstreckungsrichtung Z um eine Entfernung DZ11 bzw. DZ21, welche gleich DZ11 sein kann, räumlich beabstandet sein. Somit können diese Abstände DZ11 und DZ21 identisch zu der Dicke des Abschnitts der Isolationsstruktur 133 sein, die die Steuerelektroden 131 und 132 von der ersten Lastanschlussstruktur 11 entlang der ersten Erstreckungsrichtung Z isoliert. DZ11 und DZ21 können jeweils innerhalb des Bereichs von 10 nm bis 490 nm, innerhalb des Bereichs von 20 nm bis 180 nm oder innerhalb des Bereichs von 50 nm bis 250 nm sein. Mit anderen Worten kann die erste Steuerelektrode 131 ein proximales Ende aufweisen, das auf einer Höhe Z11, die größenmäßig DZ11 entspricht, angeordnet ist, und die zweite Steuerelektrode 132 kann ein proximales Ende aufweisen, das auf einer Höhe Z21, die größenmäßig DZ21 entspricht, angeordnet ist.
  • In einer Ausführungsform kann die erste Steuerelektrode 131 eine totale Ausdehnung DZ15 entlang der Erstreckungsrichtung Z haben, die größer als die totale Ausdehnung DZ14 der ersten Kanalregion 1012 ist, und kann derart angeordnet sein, dass sie einen gemeinsamen Erstreckungsbereich entlang der Erstreckungsrichtung Z mit der ersten Kanalregion 1012 aufweist, der größer als 100 % der totalen Ausdehnung DZ14 der ersten Kanalregion 1012 ist, wie schematisch in 5A veranschaulicht. Somit kann die totale Ausdehnung DZ15 der ersten Steuerelektrode 131 wenigstens einen Faktor 1,1 mal DZ14, einen Faktor 1,3 mal DZ14 oder sogar einen Faktor 1,5 mal DZ14 betragen. Entgegen der Erstreckungsrichtung Z kann ein Überlapp DZ12 innerhalb des Bereichs von 10 nm bis 490 nm, innerhalb des Bereichs von 20 nm bis 380 nm oder innerhalb des Bereichs von 50 nm bis 250 nm vorliegen, der gleichzeitig ein gemeinsamer Erstreckungsbereich mit der ersten Anschlussregion 1011 sein kann. In der Erstreckungsrichtung Z kann die erste Steuerelektrode 131 einen Überlapp DZ16 innerhalb des Bereichs von 10 nm bis 490 nm, innerhalb des Bereichs von 20 nm bis 380 nm oder innerhalb des Bereichs von 50 nm bis 250 nm aufweisen, welcher gleichzeitig ein gemeinsamer Erstreckungsbereich mit der Driftregion 100 sein kann. Ferner kann die erste Steuerelektrode 131 ein distales Ende auf einer Höhe Z14 aufweisen, welches von einem distalen Ende der Isolationsstruktur 133 bei einer Höhe Z15 um eine Entfernung DZ17, die im Bereich von 60 nm bis 1200 nm, im Bereich von 100 nm bis 900 nm oder im Bereich von 200 nm bis 650 nm sein kann, räumlich beabstandet ist.
  • Das oben stehend mit Bezug auf die Ausdehnung und Anordnung der ersten Steuerelektrode 131 entlang der Erstreckungsrichtung Z Gesagte kann ebenso auf die zweite Steuerelektrode 132 und ihre relative Lage bezüglich der zweiten Kanalregion 1022 zutreffen. Somit können die Werte von DZ25 in demselben Bereich liegen wie DZ15, die Werte von DZ21 können in demselben Bereich wie DZ11 liegen, die Werte von DZ22 können in demselben Bereich wie DZ12 liegen, und die Werte von DZ26 können in demselben Bereich wie DZ16 liegen. Ferner kann die zweite Steuerelektrode 132 ein distales Ende auf Höhe Z24 aufweisen, welches von einem distalen Ende der Isolationsstruktur 133 auf Höhe Z25 um eine Distanz DZ27 räumlich beabstandet ist, wobei die Werte von DZ27 innerhalb desselben Bereichs wie DZ17 sein können.
  • Entlang der ersten lateralen Richtung X kann die erste Steuerelektrode 131 um einen Abstand DX12, der im Bereich von 1 nm bis 100 nm, im Bereich von 2 nm bis 50 nm oder im Bereich von 3 nm bis 20 nm liegen kann, von der ersten Kanalregion 1021 räumlich beabstandet sein. Dieser Abstand DX12 kann identisch mit einer Dicke der Isolationsstruktur 133, die die erste Steuerelektrode 131 von der ersten Mesa 101 entlang der ersten lateralen Richtung X isoliert, sein. Entsprechend kann die zweite Steuerelektrode 132 entlang der ersten lateralen Richtung X von der zweiten Kanalregion 1022 um den Abstand DX22, der in dem Bereich von 1 nm bis 100 nm, im Bereich von 2 nm bis 50 nm oder im Bereich von 3 nm bis 20 nm liegen kann, räumlich beabstandet sein. Dieser Abstand DX22 kann identisch mit einer Dicke der Isolationsstruktur 133, die die zweite Steuerelektrode 132 von der zweiten Mesa 102 entlang der ersten lateralen Richtung X isoliert, sein.
  • Die Dicke DX11 der ersten Steuerelektrode 131 entlang der ersten lateralen Richtung X kann in dem Bereich von 10 nm bis 10.000 nm, im Bereich von 50 nm bis 7000 nm oder im Bereich von 100 nm bis 5000 nm sein. Die Dicke DX21 der zweiten Steuerelektrode 132 entlang der ersten lateralen Richtung X kann in demselben Bereich wie die Dicke DX11 oder in einem anderen der besagten Bereiche sein, die oben stehend mit Bezug auf die Dicke DX11 beschrieben wurden. Wie vorstehend erwähnt können die Steuerelektroden 131 und 132 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, im Gegensatz zu der beispielhaften schematischen Darstellung in 5A, miteinander in Kontakt sein (d.h. in 5A würde X16 gleich X21 sein) und auf diese Weise eine gemeinsame Steuerelektrode bilden, die verwendet werden kann, um jede der ersten Zelle 141 und der zweiten Zelle 142 zu steuern.
  • In der Ausführungsformen gemäß 5A können die Zellen 141 und 142 eine Nadelkonfiguration oder eine Streifenkonfiguration aufweisen, wie vorstehend erklärt wurde. Beispielsweise können in dem ersten Fall („Nadel“) die Zellen 141 und 142 jeweils z. B. eine radialsymmetrische Struktur aufweisen, und der Abschnitt des vertikalen Querschnitts aus 5A kann tatsächlich nur eine einzige erste Steuerelektrode 131 darstellen, welche z. B. eine Zylinderform aufweist, sowie eine einzige zweite Steuerelektrode 132, die z. B. ebenfalls eine Zylinderform aufweist und die erste Mesa 101 bzw. die zweite Mesa 102 ummantelt. In diesem Fall bezeichnet jede der ersten lateralen Richtung X und der zweiten lateralen Richtung Y eine radiale Richtung. Ferner könnten die Nadelzellen auch einen rechteckigen Querschnitt parallel zu der YX-Ebene aufweisen, z. B. mit abgerundeten Ecken, oder einen elliptischen Querschnitt. In dem zweiten Fall („Streifen“) kann die erste Zelle 141 eine monolithische erste Steuerelektrode 131 umfassen, welche die erste Mesa 101 nur auf einer lateralen Seite flankiert, und die zweite Zelle 142 kann entsprechend ebenfalls eine monolithische zweite Steuerelektrode 132 umfassen, die die zweite Mesa 102 nur auf einer lateralen Seite flankiert. In einer weiteren Ausführungsform, wie in 5A veranschaulicht, kann die erste Steuerelektrode 131 eine mehrteilige, z. B. eine zweiteilige, erste Elektrode 131 sein, und die zweite Steuerelektrode 132 kann ebenso eine mehrteilige, z. B. eine zweiteilige, zweite Elektrode 132 sein. Gemäß der Ausführungsform aus 5A kann z. B., wenn die Zellen 141 und 142 eine Streifenkonfiguration aufweisen, die erste Steuerelektrode 131 eine zweiteilige erste Steuerelektrode 131 sein, die bezüglich der ersten Mesa 101 spiegelsymmetrisch entlang der ersten lateralen Richtung X angeordnet ist, und die zweite Steuerelektrode 132 kann eine zweiteilige zweite Steuerelektrode 132 sein, die bezüglich der zweiten Mesa 102 spiegelsymmetrisch entlang der ersten lateralen Richtung X angeordnet ist. Somit kann das vorstehend mit Bezug auf die Abmessungen DX11, DX21 und DX12, DX22 Gesagte ebenso auf die Abmessungen DX14, DX24 und DX15, DX25, die in 5A eingezeichnet sind, zutreffen.
  • Wie vorstehend erläutert wurde, können die räumlichen Abmessungen der Mesa 101 und 102 und ihrer Komponenten jeweils durch die Isolationsstruktur 133 begrenzt sein. Die totale Ausdehnung Z15 von jeder der ersten Mesa 101 und der zweiten Mesa 102 parallel zu dem Pfad des ersten Laststroms 151 bzw. des zweiten Laststroms 152, welcher parallel zu der Erstreckungsrichtung Z sein kann, kann wenigstens ein Vielfaches der jeweiligen totalen Ausdehnungen DX13, DX23 senkrecht zu den Laststrompfaden, z. B. in wenigstens einer der ersten lateralen Richtung X und der zweiten lateralen Richtung Y, sein.
  • Beispielsweise kann die Breite DX13 der ersten Kanalregion 1012 der ersten Mesa 101 in einer Richtung senkrecht zu dem Verlauf des ersten Laststroms 151 innerhalb der ersten Mesa 101, z. B. in einer Richtung senkrecht zu der Erstreckungsrichtung Z, z.B. in der ersten lateralen Richtung X, kleiner als 100 nm, kleiner als 60 nm oder sogar kleiner als 40 nm sein über eine Distanz in einer Richtung des ersten Laststroms 151 innerhalb der ersten Mesa 101, z. B. entlang einer Richtung parallel zu der Erstreckungsrichtung Z, welche wenigstens das Dreifache von DX13 beträgt. Beispielsweise kann die erste Kanalregion 1012 eine Breite von DX13 aufweisen, die kleiner als 100 nm entlang wenigstens 300 nm in der Erstreckungsrichtung Z ist, eine Breite von DX13, die kleiner als 60 nm entlang wenigstens 180 nm in der Erstreckungsrichtung Z ist oder eine Breite von DX13, die kleiner als 40 nm entlang wenigstens 120 nm in der Erstreckungsrichtung Z ist.
  • In analoger Weise kann die Breite DX23 der zweiten Kanalregion 1022 der zweiten Mesa 102 in einer Richtung senkrecht zu dem Verlauf des zweiten Laststroms 152 innerhalb der zweiten Mesa 102, z. B. in einer Richtung senkrecht zu der Erstreckungsrichtung Z, z.B. in der ersten lateralen Richtung X, kleiner als 100 nm, kleiner als 60 nm oder sogar kleiner als 40 nm sein über eine Distanz in einer Richtung des zweiten Laststroms 152 innerhalb der zweiten Mesa 102, z. B. entlang einer Richtung parallel zu der Erstreckungsrichtung Z, welche wenigstens das Dreifache von DX23 beträgt. Beispielsweise kann die zweite Kanalregion 1022 eine Breite von DX23 aufweisen, die kleiner als 100 nm entlang wenigstens 300 nm in der Erstreckungsrichtung Z ist, eine Breite von DX23, die kleiner als 60 nm entlang wenigstens 180 nm in der Erstreckungsrichtung Z ist, oder eine Breite von DX23, die kleiner als 40 nm entlang wenigstens 120 nm in der Erstreckungsrichtung Z ist.
  • Es soll verstanden werden, dass die Isolationsstruktur 133 sich im Gegensatz zu der schematischen Darstellung in 5A nicht notwendigerweise entlang der gesamten Distanz DX30 zwischen der ersten Mesa 101 und der zweiten Mesa 102 so weit in die Erstreckungsrichtung Z erstrecken muss wie die erste Steuerelektrode 131, sondern sich weniger weit in die Erstreckungsrichtung Z erstrecken kann, z. B. in demselben Bereich sein kann wie die totale Ausdehnung der ersten Anschlussregion 1011 bzw. die totale Ausdehnung der zweiten Anschlussregion 1021 in der Erstreckungsrichtung Z (DZ13, DZ23 in 5A), z. B. entlang wenigstens 80 % der Distanz DX30 zwischen der ersten Mesa 101 und der zweiten Mesa 102.
  • Die Distanz zwischen der ersten Zelle 141 und der zweiten Zelle 142 entlang einer von der ersten lateralen Richtung X und der zweiten lateralen Richtung Y, die im Folgenden auch als „Zwischenzellen-Pitch“ DX40 bezeichnet wird, kann innerhalb des Bereichs von 100 nm bis 15.000 nm, innerhalb des Bereichs von 300 nm bis 10.000 nm oder innerhalb des Bereichs von 500 nm bis 8000 nm sein.
  • In einer Ausführungsform ist die erste Mesa 101 gemäß der folgenden Gleichung (1), die unten stehend angegeben ist, dimensioniert: D X 13 ≤ 2 ∗ W m a x ;
    Figure DE102016112020B4_0001
     W m a x = 4 ∗ ε ∗ k ∗ T ∗ ln ( N A n i ) q 2 ∗ N A
    Figure DE102016112020B4_0002
  • Dementsprechend ist in einer Ausführungsform DX13, d.h. die Breite der ersten Kanalregion 1011, gleich oder kleiner als das Zweifache einer maximalen Breite Wmax entlang wenigstens 80 %, wenigstens 90 % oder entlang wenigstens 95 % oder sogar entlang wenigstens 99 % der totalen Ausdehnung der ersten Mesa 101 in der Erstreckungsrichtung Z, wobei die maximale Breite wie Max gemäß der oben stehend angegebenen Gleichung (1) bestimmt wird, worin
    • ε =
    dielektrische Konstante des Materials der ersten Kanalregion 1012;
    k =
    Boltzmannkonstante;
    T =
    Temperatur;
    In
    bezeichnet den natürlichen Logarithmus;
    NA =
    Dotandenkonzentration des Materials der ersten Kanalregion 1012;
    ni =
    intrinsische Ladungsträgerkonzentration (z.B. 1.45*1010 cm-3 im Fall von Si bei 27 °C); und
    q =
    Elementarladung.
  • In einer Ausführungsform ist die zweite Mesa 102 entsprechend dimensioniert, d.h. DX23 ist gleich oder kleiner als das Zweifache einer maximalen Breite Wmax entlang wenigstens 80 %, wenigstens 90 % oder entlang wenigstens 95 % oder sogar entlang wenigstens 99 % der totalen Ausdehnung der zweiten Mesa 102 in der Erstreckungsrichtung Z, wobei die maximale Breite Wmax mit Werten bestimmt wird, die auf die zweite Kanalregion 1022 anwendbar sind.
  • Beispielsweise sind DX13 und DX23 jeweils innerhalb eines Bereichs von 15 nm bis 100 nm, wobei jede der Dotandenkonzentration der ersten Kanalregion 1012 und der Dotandenkonzentration der zweiten Kanalregion 1022 größer als 8*1018 cm-3 ist.
  • In einer Ausführungsform kann jede der ersten Anschlussregion 1011, der ersten Kanalregion 1012, der zweiten Anschlussregion 1021 und der zweiten Kanalregion 1022 somit eine Struktur auf einer Nanometerskala darstellen, welche in wenigstens einer der ersten lateralen Richtung X, der zweiten lateralen Richtung Y und der Erstreckungsrichtung Z eine räumliche Abmessungen von weniger als 100 nm hat. In einer Ausführungsform ist diese wenigstens eine Richtung, entlang derer die jeweilige Region eine Ausdehnung von weniger als 100 nm aufweist, senkrecht zu der Richtung des betreffenden Laststroms, der innerhalb der jeweiligen Region geleitet wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform, die schematisch und beispielhaft in 6 veranschaulicht ist, kann der Halbleiterkörper 10 ferner eine erste Plateau-Region 1013 und eine zweite Plateau-Region 1023 umfassen.
  • Die erste Plateau-Region 1013 kann in Kontakt mit der ersten Kanalregion 1012 sein und kann Dotanden eines Leitfähigkeitstyps aufweisen, der komplementär zu den Dotanden der ersten Kanalregion 1012 ist. Somit kann die erste Plateau-Region 1013 Dotanden des ersten Leitfähigkeitstyps umfassen.
  • Die zweite Plateau-Region 1023 kann in Kontakt mit der zweiten Kanalregion 1022 sein und kann Dotanden eines Leitfähigkeitstyps aufweisen, der identisch zu den Dotanden der zweiten Kanalregion 1022 ist. Somit kann die zweite Plateau-Region 1023 Dotanden des zweiten Leitfähigkeitstyps umfassen.
  • Beispielsweise erstreckt sich die zweite Plateau-Region 1023 zu der ersten Steuerelektrode 131 hin, und die erste Plateau-Region 1013 erstreckt sich zu der zweiten Steuerelektrode 132 hin. Beispielsweise weisen die zweite Plateau-Region 1023 und die erste Steuerelektrode 131 einen gemeinsamen lateralen Erstreckungsbereich DX80 auf. Beispielsweise kann der Abstand zwischen der ersten Mesa 101 und der zweiten Mesa 102 entlang der ersten lateralen Richtung X weniger als 200 nm, weniger als 150 nm oder sogar weniger als 100 nm betragen. Ferner kann die zweite Plateau-Region 1023 entlang der Erstreckungsrichtung Z eine variierende Dotandenkonzentration aufweisen, welche z. B. ein Maximum näherungsweise bei einer Mitte der durchschnittlichen totalen Ausdehnung DZ30 entlang der Erstreckungsrichtung Z aufweisen kann.
  • Beispielsweise erstreckt sich die erste Plateau-Region 1013 zu der zweiten Steuerelektrode einer 132 hin. Die erste Plateau-Region 1013 und die zweite Plateau-Region 1023 können miteinander in Kontakt sein und können einen gemeinsamen lateralen Erstreckungsbereich DX90 von wenigstens 20 nm, von wenigstens 50 nm oder von mehr als 100 nm entlang der ersten lateralen Richtung X aufweisen. Der gemeinsame laterale Erstreckungsbereich DX90 kann den gemeinsamen lateralen Erstreckungsbereich DX80 wenigstens teilweise umfassen. Somit können auch die erste Plateau-Region 1013 und die erste Steuerelektrode 131 einen gemeinsamen lateralen Erstreckungsbereich aufweisen. Ferner kann die erste Plateau-Region 1013 entlang der Erstreckungsrichtung Z eine variierende Dotandenkonzentration aufweisen, die z. B. ein Maximum näherungsweise bei einer Mitte der durchschnittlichen totalen Ausdehnung DZ40 entlang der Erstreckungsrichtung Z aufweisen kann.
  • In einer Ausführungsform erstreckt sich die zweite Plateau-Region 1023 entlang der Erstreckungsrichtung Z weiter in die Halbleiter-Driftregion 100 hinein als die erste Plateau-Region 1013.
  • Weitere beispielhafte Ausführungsformen der ersten Plateau-Region 1013 und der zweiten Plateau-Region 1023 sind schematisch in 7 und in 8 veranschaulicht.
  • Dementsprechend kann die erste Plateau-Region 1013 in Kontakt mit der ersten Kanalregion 1012 sein, wobei der Übergang 1014 zwischen den beiden Regionen innerhalb der ersten Mesa 101 gebildet sein kann. Beispielsweise kann im Fall, dass die erste Kanalregion 1012 Dotanden des zweiten Leitfähigkeitstyps hat und im Fall, dass die erste Plateau-Region 1013 Dotanden des ersten Leitfähigkeitstyps hat, wie in dem Beispiel nach 6, der Übergang 1014 zwischen der ersten Kanalregion 1012 und der ersten Plateau-Region 1013 einen pn-Übergang bilden. Dieser pn-Übergang kann innerhalb der ersten Mesa 101 gebildet sein. Ausgehend von dem Übergang 1014 kann die erste Plateau-Region 1013 sich entlang der Erstreckungsrichtung Z weiter erstrecken als die erste Mesa 101, die durch die Isolationsstruktur 133 räumlich begrenzt ist. In einer Ausführungsform kann die Dotandenkonzentration der ersten Plateau-Region 1013 entlang der Erstreckungsrichtung Z variieren. Beispielsweise kann die Dotandenkonzentration an dem Übergang zu der ersten Kanalregion 1012 im Bereich der Dotandenkonzentration der Driftregion 100 sein und dann entlang der Erstreckungsrichtung Z ansteigen, z. B. bis auf einen Scheitelwert in der Mitte (bezogen auf die Ausdehnung entlang der Erstreckungsrichtung Z) und dann wieder abfallen, z. B. bis auf einen Wert, der vergleichbar mit der Dotandenkonzentration der Driftregion 100 ist.
  • Beispielsweise kann sich die erste Plateau-Region 1013 außerhalb der ersten Mesa 101 sowohl in die Erstreckungsrichtung Z als auch in jede von einer Richtung parallel zu der ersten lateralen Richtung X und antiparallel zu der ersten lateralen Richtung X erstrecken. Beispielsweise kann die erste Plateau-Region 1013 in dem Abschnitt der ersten Plateau-Region 1013, der außerhalb der ersten Mesa 101 angeordnet ist, über wenigstens einen Anteil ihrer totalen Ausdehnung DX70 entlang der ersten lateralen Richtung X hinweg mit der Isolationsstruktur 133 in Kontakt sein, wobei dieser Anteil im Bereich von z. B. 10 % bis 100 % von DX70 sein kann. Ein möglicherweise verbleibender Abschnitt der totalen lateralen Ausdehnung entlang der ersten lateralen Richtung X, der außerhalb der ersten Mesa 101 ist, kann durch die Driftregion 100 von der Isolationsstruktur 133 getrennt sein, wobei der Abstand DZ60 entlang der Erstreckungsrichtung Z im Bereich von bis zu 300 nm, im Bereich von bis zu 200 nm oder im Bereich von bis zu 150 nm sein kann. Und was die Isolationsstruktur 133 betrifft, können die Steuerelektroden 131 und 132, wie oben stehend erklärt wurde, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen auch in Kontakt miteinander angeordnet sein und dabei eine monolithische Steuerelektrode bilden, die zum Steuern von jeder der ersten Zelle 141 und der zweiten Zelle 142 verwendet wird. Anders ausgedrückt können in einer Ausführungsform die Steuerelektroden 131 und 132 jeweilige Abschnitte einer gemeinsamen Steuerelektrode sein, was es mit sich bringt, dass die Steuerelektroden 131 und 132 - im Gegensatz zu der schematischen und beispielhaften Darstellung in 6 - nicht durch die Isolationsstruktur 133 voneinander getrennt wären.
  • Die totale laterale Ausdehnung DX70 kann wenigstens ein Vielfaches der Breite DX13 der ersten Mesa 101 (eingezeichnet in 5A) sein und z. B. einen Faktor im Bereich von 2 bis 1000, im Bereich von 4 bis 700 oder im Bereich von 10 bis 500 mal DX13 betragen. Somit kann DX70 z. B. im Bereich von 40 nm bis 10.000 nm, im Bereich von 80 nm bis 7000 nm oder im Bereich von 200 nm bis 5000 nm sein. Ferner kann die erste Plateau-Region 1013 in dem Abschnitt der ersten Plateau-Region 1013, der außerhalb der ersten Mesa 101 angeordnet ist, eine totale Ausdehnung DZ40 entlang der Erstreckungsrichtung Z aufweisen, welche in einem ähnlich Bereich sein kann wie die totale Ausdehnung Z15 (vgl. 5A) der ersten Mesa 101 entlang der Erstreckungsrichtung Z. Beispielsweise kann DZ40 im Bereich von bis zu 600 nm, im Bereich von bis zu 500 nm oder im Bereich von bis zu 400 nm sein. Wie in 7 veranschaulicht, kann DZ 40 entlang der totalen Erstreckung der ersten Plateau-Region 1013 in der ersten lateralen Richtung X variieren. Ferner kann die erste Plateau-Region 1013 sich im Gegensatz zu der schematischen und beispielhaften Darstellung in 6 weiter entlang der ersten lateralen Richtung X erstrecken, z. B. bis in die Nähe der zweiten Mesa 102.
  • Mit Blick auf die beispielhaften Ausführungsformen gemäß 8 kann die zweite Plateau-Region 1023 ferner in Kontakt mit der zweiten Kanalregion 1022 sein, wobei der Übergang zwischen den beiden Regionen innerhalb der zweiten Mesa 102 gebildet sein kann. Jedoch kann im Fall, dass die zweite Kanalregion 1022 Dotanden des zweiten Leitfähigkeitstyps hat und im Fall, dass die zweite Plateau-Region 1023 ebenfalls Dotanden des zweiten Leitfähigkeitstyps hat, wie in dem Beispiel nach 6, der Übergang zwischen der zweiten Kanalregion 1022 und der zweiten Plateau-Region 1023 z. B. nur durch eine Veränderung der Dotandenkonzentration in der Erstreckungsrichtung Z gebildet sein. Diese Veränderung kann innerhalb der zweiten Mesa 102 vorliegen.
  • Ausgehend von diesem Übergang innerhalb der zweiten Mesa 102 kann die zweite Plateau-Region 1022 sich weiter entlang der Erstreckungsrichtung Z erstrecken als die zweite Mesa 102, die von der Isolationsstruktur 133 räumlich begrenzt ist. Beispielsweise kann sich die zweite Plateau-Region 1023 außerhalb der zweiten Mesa 102 sowohl in die Erstreckungsrichtung Z als auch den jede von einer Richtung parallel zu der ersten lateralen Richtung X und einer Richtung antiparallel zu der ersten lateralen Richtung X erstrecken. Beispielsweise kann die zweite Plateau-Region 1023 in dem Abschnitt der zweiten Plateau-Region 1023, der außerhalb der zweiten Mesa 102 angeordnet ist, mit der ersten Isolationsstruktur 133 über wenigstens einen Anteil ihrer Ausdehnung DX60 entlang der ersten lateralen Richtung X hinweg in Kontakt sein, wobei dieser Anteil im Bereich von z. B. 10 % bis 100 % von DX60 sein kann. Ein möglicherweise verbleibender Abschnitt der totalen Ausdehnung entlang der ersten lateralen Richtung X, der außerhalb der zweiten Mesa 102 ist, kann durch die Driftregion 100 von der Isolationsstruktur 133 getrennt sein, wobei der Abstand DZ50 entlang der Erstreckungsrichtung Z im Bereich von 20 nm bis 400 nm, im Bereich von 30 nm bis 300 nm oder im Bereich von 50 nm bis 200 nm sein kann.
  • Die totale laterale Ausdehnung DX60 kann wenigstens ein Vielfaches von der Breite DX23 der zweiten Mesa 102 (eingezeichnet in 5A) sein und z. B. einen Faktor im Bereich von 2 bis 1000, im Bereich von 4 bis 700 oder im Bereich von 10 bis 500 mal DX23 betragen. Somit kann DX60 z. B. im Bereich von 40 nm bis 10.000 nm, im Bereich von 80 nm bis 7000 nm oder im Bereich von 200 nm bis 5000 nm sein. Ferner kann die zweite Plateau-Region 1023 in dem Abschnitt der zweiten Plateau-Region 1023, der außerhalb der zweiten Mesa 102 angeordnet ist, in der Erstreckungsrichtung Z eine totale Ausdehnung DZ35 aufweisen, welche in einem ähnlichen Bereich sein kann wie die totale Ausdehnung Z25 (vgl. 5A) der zweiten Mesa 102 in der Erstreckungsrichtung Z. Beispielsweise kann DZ35 im Bereich von bis zu 1000 nm, im Bereich von bis zu 700 nm oder im Bereich von bis zu 500 nm sein. Wie in 7 veranschaulicht, kann DZ35 entlang der totalen Ausdehnung der zweiten Plateau-Region 1023 in der ersten lateralen Richtung X variieren und z. B. in dem Abschnitt, der von der Isolationsstruktur 133 um den Abstand DZ50 entlang der Erstreckungsrichtung Z räumlich beabstandet sein kann, lediglich DZ30 betragen. Beispielsweise kann DZ30 im Bereich von 10 nm bis 500 nm, im Bereich von 20 nm bis 400 nm oder im Bereich von 30 nm bis 600 nm sein.
  • Jede der 9 bis 13 veranschaulicht schematisch und exemplarisch einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Halbleitervorrichtung 1 gemäß einigen Ausführungsformen. Die Halbleitervorrichtung 1 kann einen Halbleiterkörper 10 umfassen der an eine erste Lastanschlussstruktur 11 und an eine zweite Lastanschlussstruktur (in 9-13 nicht gezeigt; vgl. z. B. Bezugsziffer 12 in 2A bis 2B) gekoppelt ist. Der Halbleiterkörper 10 kann ausgebildet sein, einen Laststrom 15 zu leiten.
  • Es sind eine erste Zelle 141 und eine zweite Zelle 142 vorgesehen, wobei jede dieser Zellen 141 und 142 auf der einen Seite elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 verbunden sein kann und auf der anderen Seite elektrisch mit einer Driftregion 100 des Halbleiterkörpers 10 verbunden sein kann. Die Driftregion 100 kann Dotanden eines ersten Leitfähigkeitstyps umfassen, wie vorstehend erläutert wurde.
  • Eine erste Mesa 101 kann in der ersten Zelle 141 enthalten sein. Die erste Mesa 101 kann eine erste Anschlussregion 1011 umfassen, welche Dotanden des ersten Leitfähigkeitstyps hat und elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 verbunden sein kann, sowie eine Kanalregion 1012, die an die Driftregion 100 gekoppelt sein kann.
  • Eine zweite Mesa 102 kann in der zweiten Zelle 142 enthalten sein. Die zweite Mesa 102 kann eine zweite Anschlussregion 1021 umfassen, welche Dotanden des zweiten Leitfähigkeitstyps hat und elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 verbunden sein kann, sowie eine zweite Kanalregion 1022, die an die Driftregion 100 gekoppelt ist.
  • Jede von der ersten Mesa 101 und der zweiten Mesa 102 kann durch eine Isolationsstruktur 133 in einer Richtung senkrecht zu einer Richtung des Laststroms innerhalb der jeweiligen Mesa - welcher parallel zu der Erstreckungsrichtung Z sein kann - räumlich begrenzt sein und kann in dieser Richtung, z. B. der ersten lateralen Richtung X, eine totale Ausdehnung (vgl. Bezugsziffern DX13 und DX23 in 5A) von weniger als 100 nm aufweisen.
  • In der Isolationsstruktur 133 kann eine Steuerelektrodenstruktur 131, 132 zum Steuern des Laststroms innerhalb der ersten Mesa 101 und der zweiten Mesa 102 untergebracht sein. Beispielsweise kann die Steuerelektrodenstruktur 131, 132 elektrisch von der ersten Lastanschlussstruktur 11 isoliert sein. Die Steuerelektrodenstruktur 131, 132 kann gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen durch wenigstens eine von einer ersten Steuerelektrode 131 und einer zweiten Steuerelektrode 132 gebildet werden.
  • Bezüglich beispielhafter funktioneller und/oder struktureller Konfigurationen dieser Komponenten der Ausführungsformen der Halbleitervorrichtung 1 gemäß 9 bis 13 wird auf das Vorstehende verwiesen. Somit soll verstanden werden, dass das mit Bezug auf jede der 1A bis 8 Gesagte auch für die Ausführungsformen gemäß 9 bis 13 gelten kann, soweit nicht ausdrücklich anders angegeben.
  • Bezugnehmend auf die Ausführungsformen gemäß 9 bis 13 kann dementsprechend die Steuerelektrodenstruktur 131, 132 ausgebildet sein, einen Inversionskanal innerhalb der ersten Kanalregion 1012 und einen Akkumulationskanal innerhalb der zweiten Kanalregion 1022 zu induzieren. Ferner kann die Halbleitervorrichtung 1 ausgebildet sein, den Inversionskanal innerhalb der ersten Kanalregion 1012 und den Akkumulationskanal innerhalb der zweiten Kanalregion 1022 simultan bereitzustellen, z. B. während eines Übergangszustands kurz vor dem Ausschalten, d.h. kurz bevor die Halbleitervorrichtung 1 in den sperrenden Zustand geschaltet wird. Beispielsweise kann sich die Steuerelektrodenstruktur 131, 132 parallel zu jeder von der ersten Mesa 101 und der zweiten Mesa 102 entlang der Erstreckungsrichtung Z erstrecken und kann mit jeder von der ersten Kanalregion 1012 und der zweiten Kanalregion 1022 entlang dieser Erstreckungsrichtung Z vollständig überlappen. In einer Ausführungsform kann jede der effektiven Dicken (vgl. Bezugsziffern DX12 und DX14 in 5A) der Isolationsstruktur 133, die die Steuerelektrodenstruktur 131 von der ersten Kanalregion 1012 isoliert, und der effektiven Dicken (vgl. Bezugsziffern DX22, DX24) der Isolationsstruktur 133, die die Steuerelektrodenstruktur 132 von der zweiten Kanalregion 1022 isoliert, kleiner als 25 nm sein.
  • Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, wie beispielhaft und schematisch in jeder der 9-13 illustriert, kann die Halbleitervorrichtung 1 zusätzlich eine Führungselektrode 134 umfassen, die elektrisch von der Steuerelektrodenstruktur 131, 132 isoliert sein kann.
  • Beispielsweise ist in der Isolationsstruktur 133 nicht nur die Steuerelektrodenstruktur 131, 132, sondern auch die Führungselektrode 134 untergebracht. Die Führungselektrode 134 kann zwischen der ersten Mesa 101 und der zweiten Mesa 102 angeordnet sein. Beispielsweise kann die Führungselektrode 134 getrennt von jeder von der ersten Steuerelektrode 131 und der zweiten Steuerelektrode 132 positioniert sein.
  • In einer Ausführungsform ist die Führungselektrode 134 mit einem anderen elektrischen Potenzial verbunden als das elektrische Potenzial, mit welchem eine oder beide von der ersten Steuerelektrode 131 und der zweiten Steuerelektrode 132 versorgt werden können. Beispielsweise kann die Führungselektrode 134 elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 oder mit der zweiten Kanalregion 1022 verbunden sein. Somit kann das elektrische Potenzial der Führungselektrode 134 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen im Wesentlichen identisch zu einem von dem elektrischen Potenzial der ersten Lastanschlussstruktur 11, z. B. Erde/Masse, und dem elektrischen Potenzial der zweiten Kanalregion 1022 sein.
  • Im Folgenden sollen einige beispielhafte Möglichkeiten der Positionierung und Dimensionierung der Führungselektrode 134 erklärt werden.
  • Beispielsweise kann der Abstand zwischen der ersten Mesa 101 und der zweiten Mesa 102, z. B. entlang der ersten lateralen Richtung X, eine Zwischenraumbreite p betragen, wie in jeder der 9-13 gezeigt. Mit Blick auf 5A ist diese Zwischenraumbreite p auch als „Zwischenzellen-Pitch“ bezeichnet worden (vgl. Bezugsziffer DX40 in 5A). Beispielsweise kann die Zwischenraumbreite p im Bereich von 300 nm bis 20 µm, im Bereich von 300 nm bis 10 µm oder im Bereich von 300 nm bis 1 µm sein. In einer Ausführungsform erstreckt sich die Führungselektrode 134 entlang wenigstens 70 % dieser Zwischenraumbreite p. Wie schematisch in jeder der 10 bis 13 veranschaulicht, kann dieser Prozentsatz sogar größer sein; beispielsweise kann sich die Führungselektrode 134 sogar entlang wenigstens 85 % dieser Zwischenraumbreite p erstrecken.
  • Zudem kann die Führungselektrode 134 sich innerhalb der Isolationsstruktur 133 entlang der Erstreckungsrichtung Z wenigstens so weit wie oder sogar weiter als die Steuerelektrodenstruktur 131, 132 erstrecken. Beispielsweise kann die Führungselektrode 134 in einem vertikalen Querschnitt mit der Steuerelektrodenstruktur 131, 132 entlang der Erstreckungsrichtung Z überlappen bzw. kann die Führungselektrode 134 in einem vertikalen Querschnitt vollständig unterhalb der Steuerelektrodenstruktur 131, 132 angeordnet sein. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Führungselektrode 134, wenigstens in einer Region, in welcher die Führungselektrode 134 unterhalb der Steuerelektrodenstruktur 131, 132 angeordnet ist, einen gemeinsamen Erstreckungsbereich in der ersten lateralen Richtung X mit der Steuerelektrodenstruktur 131, 132 aufweisen, wie schematisch und beispielhaft in jeder der 10-13 veranschaulicht. Die Führungselektrode 134 kann sich innerhalb der Isolationsstruktur 133 sogar weiter entlang der Erstreckungsrichtung Z erstrecken als jede von der ersten Mesa 101 und der zweiten Mesa 102.
  • In einer Ausführungsform ist die Isolationsstruktur 133 an die erste Lastanschlussstruktur 11 gekoppelt und bildet eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Gräben, wobei jeder Graben eine jeweilige Steuerelektrodenstruktur 131, 132 und eine jeweilige Führungselektrode 134 umfassen kann, wie schematisch und beispielhaft in 9-13 veranschaulicht. Ferner kann jeder Graben benachbart zu wenigstens einer von der ersten Mesa 101 und der zweiten Mesa 102 angeordnet sein. In einer Ausführungsform ist jeder Graben sowohl mit der ersten Mesa 101 als auch mit der zweiten Mesa 102 in Kontakt. Wie schon mit Bezug auf 1A-8 erklärt wurde, können die erste Steuerelektrode 131 und die zweite Steuerelektrode 132 als eine gemeinsame Steuerelektrode ausgeführt sein, welche auch als erste Steuerelektrode 131 bezeichnet worden ist, und welche schematisch in jeder der 12 und 13 veranschaulicht ist.
  • Ferner soll mit Bezug auf die Ausführungsformen gemäß 9 bis 11 verstanden werden, dass die darin veranschaulichte erste Steuerelektrode 131 und die darin veranschaulichte zweite Steuerelektrode 132 entweder elektrisch miteinander verbunden sein können oder elektrisch voneinander isoliert sein können.
  • Unabhängig von diesen beispielhaften Ausführungsvarianten betreffend die erste Steuerelektrode 131 und die zweite Steuerelektrode 132 als separate Steuerelektroden oder als gemeinsame Steuerelektroden, soll verstanden werden, dass in jedem von der Isolationsstruktur 133 gebildeten Graben eine jeweilige Steuerelektrodenstruktur 131, 132 (bzw. 131) und eine jeweilige Führungselektrode 134 untergebracht sein können. Beispielsweise können zwei benachbarte der von der Isolationsstruktur 133 gebildeten Gräben durch eine von der ersten Mesa 101 und der zweiten Mesa 102 voneinander getrennt sein, z. B. entlang der ersten lateralen Richtung X. Ferner kann jeder Graben die gleichen räumlichen Abmessungen aufweisen.
  • Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen kann eine laterale Oberfläche 1347 der Führungselektrode 134, z. B. an einem bezogen auf die Erstreckungsrichtung Z distalen Ende der Führungselektrode 134, größer sein als eine laterale Oberfläche 137 der Steuerelektrodenstruktur 131, 132, z. B. an einem bezogen auf die Erstreckungsrichtung Z distalen Ende der Steuerelektrodenstruktur 131, 132, wie schematisch und beispielhaft in jeder der 9-11 veranschaulicht. Jede von diesen lateralen Oberflächen 1347 und 137 kann parallel zu einer Ebene sein, die durch die erste laterale Richtung X und die zweite laterale Richtung Y definiert ist. Beispielsweise beträgt diese laterale Oberfläche 1347 der Führungselektrode 134 wenigstens das Doppelte der lateralen Oberfläche 137 der Steuerelektrodenstruktur 131, 132. Dieser Faktor kann sogar größer als zwei sein, z. B. größer als drei, größer als fünf oder sogar größer als zehn. In anderen Ausführungsformen können diese Oberflächen 1347 und 137 auch im Wesentlichen zueinander identisch sein, wie schematisch und beispielhaft in 12 und 13 veranschaulicht.
  • Wenn Sie elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 verbunden ist, kann die Führungselektrode 134 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen z. B. als eine Feldelektrode bzw. als eine Abschirmelektrode fungieren. Beispielsweise kann dies es ermöglichen, den Abstand zwischen der ersten Mesa 101 und der zweiten Mesa 102 entlang der ersten lateralen Richtung X zu vergrößern, d.h. die oben erwähnte Zwischenraumbreite p zu vergrößern, ohne das Risiko eines unkontrollierten Ausschaltens der Halbleitervorrichtung 1 (auch als „Latchen“ bezeichnet) zu erhöhen.
  • Mit nun detaillierterer Bezugnahme auf die Ausführungsform der Halbleitervorrichtung 1 gemäß 9 kann die Breite von jeder der ersten Steuerelektrode 131 und der zweiten Steuerelektrode 132 in der ersten lateralen Richtung X vergleichsweise schmal sein, wie schematisch veranschaulicht. Wenn die Steuerelektroden 131 und 132 beispielsweise aus Polysilizium hergestellt sind, kann eine jeweilige Breite von z. B. 150 nm ausreichend sein. Im Fall von silikonisierten Strukturen können die Breiten sogar schmaler sein. Beispielsweise kann das Herstellen der Steuerelektroden 131 und 132 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen das Ausführen eines Abscheidungs-Prozessschritts und eines Spacer-Ätz-Prozessschritts umfassen, worauf Prozesse zum Herstellen z. B. von Strukturen, die auf einem Metall-Silizid und/oder einem Metall-Salizid zieht basieren, folgen können. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Steuerelektrode 131 und/oder 132 und/oder die Führungselektrode 134 aus einem oder mehreren der Folgenden bestehen oder eines oder mehrere der Folgenden umfassen: ein Metallnitrid, z. B. TaN oder TiN, Aluminium, Titan, Magnesium, Scandium, Yttrium, Rubidium, Selen und Strontium. Ferner kann ein Volumen zwischen diesen Steuerelektroden 131 und 132 wenigstens teilweise mit einem Elektrodenmaterial gefüllt werden, um die Führungselektrode 134 auszubilden, z. B. nachdem eine dielektrische Schicht zum Isolieren der Steuerelektroden 131 und 132 bereitgestellt wurde.
  • Was nun die Ausführungsform der Halbleitervorrichtung 1 gemäß 10 angeht, so kann vor dem Ausbilden der Steuerelektroden 131 und 132 innerhalb der Isolationsstruktur 133 eine dünne Elektrodenschicht in einer Bodenregion der Isolationsstruktur 133 gebildet werden. Auf der dünnen Elektrodenschicht kann eine dielektrische Schicht ausgebildet werden, um eine Isolation zwischen der dünnen Elektrodenschicht und den danach auszubildenden Steuerelektroden 131 und 132 bereitzustellen. Beispielsweise können die Steuerelektroden 131 und 132 dann wie vorstehend dargelegt erzeugt werden. In einer Ausführungsform kann diese dielektrische Schicht nach dem Ausbilden der Steuerelektroden 131 und 132 teilweise entfernt werden, sodass die dünne Elektrodenschicht in einer Region zwischen den Steuerelektroden 131 und 132 freigelegt wird. Dann kann ein verbleibendes Volumen zwischen den Steuerelektroden 131 und 132 wenigstens teilweise mit einem Elektrodenmaterial gefüllt werden, welches die Elektrodenschicht kontaktiert, um die Führungselektrode 134 zu bilden.
  • Bezugnehmend auf 11 als ein Beispiel kann die erste Mesa 101 ferner eine Halbleiterregion 1017 umfassen, die unterhalb der ersten Kanalregion 1012 angeordnet ist. Beispielsweise umfasst die Halbleiterregionen 1017 Dotanden des ersten Leitfähigkeitstyps, wobei die Halbleiterregion 1017 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen eine größere Dotandenkonzentration aufweisen kann als die Driftregion 100. Beispielsweise kann die erhöhte Dotandenkonzentration der Halbleiterregionen 1017 es erlauben, einen Abfluss von Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps durch die erste Kanalregion 1012 während des leitenden Zustands der Halbleitervorrichtung 1 zu verhindern. Mit Bezug auf 10 und 11 kann eine solche Halbleiterregion 1017 bereitgestellt werden, indem der Erzeugungsprozess der Elektroden unterbrochen wird, nachdem die besagte dünne Elektrodenschicht in der Bodenregion der Isolationsstruktur 133 wie vorstehend erwähnt ausgebildet wurde, und indem ein Implantations-Prozessschritt zum Erhöhen der Dotandenkonzentration unterhalb der ersten Kanalregion 1012 ausgeführt wird, um die Halbleiterregion 1017 zu erzeugen. Beispielsweise kann der Implantations-Prozessschritt wenigstens eine von einer Schrägimplantation und einer Twin-Schrägimplantation umfassen. Ferner kann, nachdem die Dotandenkonzentration unterhalb der ersten Kanalregion 1012 erhöht worden ist, d.h. nachdem die Halbleiterregion 1017 gebildet worden ist, mit dem Erzeugungsprozess der Elektroden wie beispielhaft im vorangehenden Absatz dargelegt fortgefahren werden.
  • Wie einige Male zuvor betont wurde, müssen die erste Steuerelektrode 131 und die zweite Steuerelektrode 132 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen nicht notwendigerweise getrennt voneinander angeordnet sein, sondern sie können auch als eine gemeinsame Steuerelektrode, die hier auch als erste Steuerelektrode 131 bezeichnet wird, ausgeführt sein, wie schematisch in 12 und 13 veranschaulicht. Zu diesem Zweck kann der Prozess des Ausbildens der Führungselektrode 134 innerhalb der Isolationsstruktur 133 auch nach dem Ausbilden der besagten dünnen Elektrodenschicht in der Bodenregion der Isolationsstruktur 133 als im Wesentlichen abgeschlossen angesehen werden. Dann kann die besagte dielektrische Schicht auf der dünnen Elektrodenschicht, die die Führungselektrode 134 bildet, erzeugt werden. Ein verbleibendes Volumen innerhalb der Isolationsstruktur 133 kann dann nahezu vollständig mit einem Elektrodenmaterial gefüllt werden, welches die erste Steuerelektrode 131 bildet, die zum Steuern von jeder der ersten Mesa 101 und der zweiten Mesa 102 mit einem gemeinsamen Steuersignal verwendet werden kann. Anders ausgedrückt muss die Führungselektrode 134 nicht notwendigerweise zwischen dieser ersten Steuerelektrode 131 und dieser zweiten Steuerelektrode 132 angeordnet sein, sondern sie kann auch vollständig unterhalb der Steuerelektrodenstruktur angeordnet sein, unabhängig davon, ob sie in Form von zwei separat angeordneten Steuerelektroden 131, 132 oder als eine gemeinsame Steuerelektrode 131 ausgeführt ist. Mittel zum Kontaktieren einer vergrabenen Elektrode, wie der Führungselektrode 134 gemäß den in 12 und 13 schematisch veranschaulichten Ausführungsformen, sind dem Fachmann allgemein bekannt. Beispielsweise kann die Führungselektrode 134 mit lateral isolierten Kontaktlöchern kontaktiert werden, die eine elektrische Verbindung zwischen der Führungselektrode 134 und z. B. der ersten Lastanschlussstruktur 11 herstellen. Alternativ oder zusätzlich kann die Führungselektrode 134 sich entlang der zweiten lateralen Richtung Y weiter erstrecken als die erste Steuerelektrode 131, und sie kann dementsprechend an einem Ende der Isolationsstruktur 133 in der zweiten lateralen Richtung Y, z. B. an einem Ende des Grabens, der durch die Isolationsstruktur 133 gebildet wird, kontaktiert werden.
  • Wie vorstehend schon allgemein erklärt wurde, kann die Führungselektrode 134, anstatt mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 elektrisch verbunden zu sein, auch mit der zweiten Kanalregion 1022 elektrisch verbunden sein. Bezugnehmend auf 13 als ein Beispiel kann die zweite Mesa 102 eine Kontaktregion 1341 umfassen, wobei die Kontaktregion 1341 die Führungselektrode 134 eines Grabens mit der Führungselektrode 134 eines benachbarten Grabens verbindet. Beispielsweise kann die Kontaktregion 1341 mit beiden dieser Führungselektroden 134 in Kontakt sein. Bezüglich der Erstreckungsrichtung Z kann die Kontaktregion 1341 ferner auf der einen Seite mit der zweiten Kanalregion 1022 und auf der anderen Seite mit der Driftregion 100 in Kontakt sein. In einer Ausführungsform ist die Kontaktregion 1341 eine Halbleiter-Kontaktregion 1341, welche z. B. Dotanden des zweiten Leitfähigkeitstyps, z. B. mit einer größeren Dotandenkonzentration als die zweite Kanalregion 1022, umfasst. Beispielsweise kann es die mit der Kontaktregion 1341 verbundene Führungselektrode 134 erlauben, das elektrische Potenzial der zweiten Kanalregion 1022, welches nah an dem elektrischen Potenzial der ersten Lastanschlussstruktur 11 sein kann, bis unter die erste Steuerelektrode 131 zu führen, ohne die Notwendigkeit zu haben, Kontaktierungsmittel zum Kontaktieren der vergrabenen Führungselektrode 134 gesondert bereitzustellen, wie im vorangehenden Absatz dargelegt.
  • Merkmale weiterer Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen definiert. Die Merkmale weiterer Ausführungsformen und die Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden, um zusätzliche Ausführungsformen auszubilden, solange die Merkmale nicht explizit als alternativ zueinander beschrieben werden.
  • Vorangehend wurden Ausführungsformen erläutert, welche eine Leistungshalbleitervorrichtung sowie Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung betreffen. Z. B. basieren diese Ausführungsformen auf Silizium (Si). Dementsprechend kann eine monokristalline Halbleiterregion oder -schicht, z. B. die Halbleiterregionen 10, 100, 101, 1011, 1012. 1013, 1017, 102, 1021, 1022, 1023, 103, 1341 beispielhafter Ausführungsformen, eine monokristalline Si-Region oder Si-Schicht sein. In anderen Ausführungsformen kann polykristallines oder amorphes Silizium zum Einsatz kommen.
  • Es versteht sich jedoch, dass die Halbleiterregionen 10, 100, 101, 1011, 1012. 1013, 1017, 102, 1021, 1022, 1023, 103, 1341 aus einem beliebigen Halbleitermaterial bestehen können, das zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung geeignet ist. Beispiele solcher Materialien umfassen, ohne auf diese beschränkt zu sein, elementare Halbleitermaterialien wie z. B. Silizium (Si) oder Germanium (Ge), Gruppe-IV-Verbindungshalbleitermaterialien wie z. B. Siliziumcarbid (SiC) oder Siliziumgermanium (SiGe), binäre, ternäre oder quaternäre Ill-V-Halbleitermaterialien wie z. B. Galliumnitrid (GaN), Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP), Indiumgalliumphosphid (InGaP), Aluminiumgalliumnitrid (AIGaN), Aluminiumindiumnitrid (AllnN), Indiumgalliumnitrid (InGaN), Aluminiumgalliumindiumnitrid (AIGalnN) oder Indiumgalliumarsenidphosphid (InGaAsP) sowie binäre oder ternäre II-VI-Halbleitermaterialien wie z. B. Cadmiumtellurid (CdTe) und Quecksilbercadmiumtellurid (HgCdTe), um einige zu nennen. Die zuvor erwähnten Halbleitermaterialien werden auch als „Homoübergangshalbleitermaterialien“ bezeichnet. Wenn zwei unterschiedliche Halbleitermaterialien kombiniert werden, wird ein Heteroübergangshalbleitermaterial ausgebildet. Beispiele für Heteroübergangshalbleitermaterialien umfassen, ohne auf diese beschränkt zu sein, Aluminiumgalliumnitrid(AIGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid (AIGalnN), Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid (AIGalnN), Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Galliumnitrid (GaN), Aluminiumgalliumnitrid(AIGaN)-Galliumnitrid (GaN), Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Aluminiumgalliumnitrid (AIGaN), Silizium-Siliziumcarbid (SixC1-x) sowie Silizium-SiGe-Heteroübergangshalbleitermaterialien. Für Leistungshalbleitervorrichtungsanwendungen werden derzeit hauptsächlich Si-, SiC-, GaAs- und GaN-Materialien verwendet.
  • Räumliche Bezugsbegriffe wie z. B. „unter“, „unterhalb“, „untere/r/s“, „über“, „oberhalb“, „obere/r/s“ und Ähnliches werden zwecks der einfacheren Beschreibung verwendet, um die Positionierung eines Elements relativ zu einem zweiten Element zu erläutern. Diese Begriffe sollen unterschiedliche Orientierungen der jeweiligen Vorrichtung zusätzlich zu den in den Figuren dargestellten, unterschiedlichen Orientierungen beinhalten. Ferner werden Begriffe wie z. B. „erste/r/s“, „zweite/r/s“ und Ähnliches ebenfalls verwendet, um verschiedene Elemente, Regionen, Abschnitte etc. zu beschreiben, und sollen nicht einschränkend sein. In der gesamten Beschreibung betreffen gleiche Begriffe gleiche Elemente.
  • Wie hier verwendet sind die Begriffe „aufweisend“, „enthaltend“, „beinhaltend“, „umfassend“, „verfügend über“ und Ähnliches, welche das Vorhandensein erwähnter Elemente oder Merkmale angeben, offene Begriffe, welche zusätzliche Elemente oder Merkmale nicht ausschließen. Die Artikel „ein/e/r“ und „der/die/das“ sollen sowohl die Mehrzahl als auch die Einzahl umfassen, solange der Kontext nicht klar etwas Anderes vorgibt.

Claims (20)

  1. Eine Leistungshalbleitervorrichtung (1), umfassend: - einen Halbleiterkörper (10), der an eine erste Lastanschlussstruktur (11) und an eine zweite Lastanschlussstruktur (12) gekoppelt ist und ausgebildet ist, einen Laststrom (15) zu führen; - eine erste Zelle (141) und eine zweite Zelle (142), die jeweils auf der einen Seite elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur (11) verbunden sind und auf der anderen Seite elektrisch mit einer Driftregion (100) des Halbleiterkörpers (10) verbunden sind, wobei die Driftregion (100) Dotanden eines ersten Leitfähigkeitstyps umfasst; - eine erste Mesa (101), die in der ersten Zelle (141) enthalten ist, wobei die erste Mesa (101) enthält: eine erste Anschlussregion (1011), die Dotanden des ersten Leitfähigkeitstyps hat und elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur (11) verbunden ist, und eine erste Kanalregion (1012), die an die Driftregion (100) gekoppelt ist; - eine zweite Mesa (102), die in der zweiten Zelle (142) enthalten ist, wobei die zweite Mesa (102) enthält: eine zweite Anschlussregion (1021), die Dotanden eines zweiten Leitfähigkeitstyps hat und elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur (11) verbunden ist, und eine zweite Kanalregion (1022), die an die Driftregion (100) gekoppelt ist; - wobei jede der ersten Mesa (101) und der zweiten Mesa (102) durch eine Isolationsstruktur (133) in einer lateralen Richtung (X) senkrecht zu einer Richtung (Z) des Laststroms (15) innerhalb der jeweiligen Mesa (101,102) räumlich begrenzt ist und in dieser lateralen Richtung (X) eine totale Ausdehnung (DX13; DX23) von weniger als 100 nm aufweist; wobei in der Isolationsstruktur (133) Folgendes untergebracht ist: - eine Steuerelektrodenstruktur (131, 132) zum Steuern des Laststroms (15) innerhalb der ersten Mesa (101) und der zweiten Mesa (102), wobei die Steuerelektrodenstruktur (131, 132) von der ersten Lastanschlussstruktur (11) elektrisch isoliert ist; und - eine Führungselektrode (134), die von der Steuerelektrodenstruktur (131, 132) elektrisch isoliert ist und zwischen der ersten Mesa (101) und der zweiten Mesa (102) angeordnet ist.
  2. Die Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Führungselektrode (134) elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur (11) verbunden ist.
  3. Die Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Führungselektrode (134) elektrisch mit der zweiten Kanalregion (1022) verbunden ist.
  4. Die Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Führungselektrode (134) eine laterale Oberfläche (1347) aufweist, die größer als eine laterale Oberfläche (137) der Steuerelektrodenstruktur (131, 132) ist.
  5. Die Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuerelektrodenstruktur (131, 132) ausgebildet ist, einen Inversionskanal innerhalb der ersten Kanalregion (1012) und einen Akkumulationskanal innerhalb der zweiten Kanalregion (1022) zu induzieren.
  6. Die Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Abstand zwischen der ersten Mesa (101) und der zweiten Mesa (102) eine Zwischenraumweite (p) beträgt, und wobei die Führungselektrode (134) sich wenigstens entlang 70% dieser Zwischenraumbreite (p) erstreckt.
  7. Die Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 6, wobei die Zwischenraumbreite (p) im Bereich von 300 nm bis 20 µm ist.
  8. Die Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuerelektrodenstruktur (131, 132) sich parallel zu jeder der ersten Mesa (101) und der zweiten Mesa (102) entlang einer Erstreckungsrichtung (Z) erstreckt und entlang dieser Erstreckungsrichtung (Z) vollständig mit jeder der ersten Kanalregion (1012) und der zweiten Kanalregion (1022) überlappt.
  9. Die Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Führungselektrode (134) sich innerhalb der Isolationsstruktur (133) weiter entlang der Erstreckungsrichtung (Z) erstreckt als die Steuerelektrodenstruktur (131, 132).
  10. Die Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Führungselektrode (134) und die Steuerelektrodenstruktur (131, 132) einen gemeinsamen Erstreckungsbereich entlang der lateralen Richtung (X) aufweisen.
  11. Die Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Isolationsstruktur (133) an die erste Lastanschlussstruktur (11) gekoppelt ist und eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Gräben bildet, wobei jeder Graben - eine jeweilige Steuerelektrodenstruktur (131, 132) und eine jeweilige Führungselektrode (134) umfasst; und - benachbart zu wenigstens einer von der ersten Mesa (101) und der zweiten Mesa (102) angeordnet ist.
  12. Die Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 11, wobei zwei benachbarte der Vielzahl von Gräben durch eine von der ersten Mesa (101) und der zweiten Mesa (102) voneinander getrennt sind.
  13. Die Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 11 oder 12, wobei die zweite Mesa (102) eine Kontaktregion (1341) umfasst, wobei die Kontaktregion (1341) die Führungselektrode (134) von einem dieser zwei benachbarten Gräben mit der Führungselektrode (134) des anderen dieser zwei benachbarten Gräben verbindet.
  14. Die Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Führungselektrode (134) eine totale Ausdehnung in lateraler Richtung (X) zwischen der ersten Mesa (101) und der zweiten Mesa (102) aufweist, die größer ist als die totale Ausdehnung in vertikaler Richtung (Z).
  15. Die Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei: - die Steuerelektrodenstruktur (131, 132) und wenigstens eine von der ersten Mesa (101) und der zweiten Mesa (102) einen ersten gemeinsamen Erstreckungsbereich entlang einer Erstreckungsrichtung (Z) haben, und zwar benachbart zur Isolationsstruktur (133) zwischen der Steuerelektrodenstruktur (131, 132) und der wenigstens einen von der ersten Mesa (101) und der zweiten Mesa (102); - die Führungselektrode (134) und die wenigstens eine von der ersten Mesa (101) und der zweiten Mesa (102) einen zweiten gemeinsamen Erstreckungsbereich entlang der Erstreckungsrichtung (Z) haben, und zwar benachbart zur Isolationsstruktur (133) zwischen der Führungselektrode (134) und der wenigstens einen von der ersten Mesa (101) und der zweiten Mesa (102) ; - der zweite gemeinsame Erstreckungsbereich kleiner ist als der erste gemeinsame Erstreckungsbereich.
  16. Die Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Führungselektrode (134) eine totale Ausdehnung in lateraler Richtung (X) zwischen der ersten Mesa (101) und der zweiten Mesa (102) aufweist, die größer ist eine totale laterale Ausdehnung der Steuerelektrodenstruktur (131, 132)
  17. Die Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die effektive Dicke (DX12) der Isolationsstruktur (133), welche die Steuerelektrodenstruktur (131, 132) von dem ersten Kanalgebiet (1012) in lateraler Richtung (X) isoliert, kleiner ist als die effektive Dicke der Isolationsstruktur (133), welche die Führungselektrode (134) von dem Halbleiterkörper in Richtung (Z) des Laststroms isoliert.
  18. Die Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei wenigstens eines von dem ersten Kanalgebiet (1012) und dem zweiten Kanalgebiet (1022) vollständig verarmbar ist.
  19. Die Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Mesa (101) eine unterhalb der ersten Kanalregion (1012) angeordnete Halbleiterregion (1017) umfasst, wobei die Halbleiterregion (1017) Dotanden des ersten Leitfähigkeitstyps umfasst, und wobei die Halbleiterregion (1017) eine größere Dotandenkonzentration als die Driftregion (100) aufweist.
  20. Die Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jede der effektiven Dicken (DX12, DX14) der Isolationsstruktur (133), die die Steuerelektrodenstruktur (131) von der ersten Kanalregion (1012) isoliert und der effektiven Dicken (DX22, DX24) der Isolationsstruktur (133), die die Steuerelektrodenstruktur (131) von der zweiten Kanalregion (1022) isoliert, kleiner als 25 nm ist.
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