DE102017118665A1 - Rc-igbt - Google Patents

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transistor
power semiconductor
semiconductor body
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Hans-Günter Eckel
Quang Tien Tran
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Infineon Technologies AG
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Infineon Technologies AG
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    • H01L29/4238—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the conducting layer, e.g. the length, the sectional shape or the lay-out characterised by the surface lay-out

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Abstract

Ein Leistungshalbleiterbauelement (1) umfasst einen Halbleiterkörper (10), eine auf einer Vorderseite (10-1) des Halbleiterkörpers (10) angeordnete erste Lastanschlussstruktur (11) und eine auf einer Rückseite (10-2) des Halbleiterkörpers (10) angeordnete zweite Lastanschlussstruktur (12) und ist dahingehend konfiguriert, einen Laststrom zwischen der ersten Lastanschlussstruktur (11) und der zweiten Lastanschlussstruktur (12) mittels mindestens einer Transistorzelle (130) zu steuern. Die Transistorzelle (130) ist zumindest teilweise in dem Halbleiterkörper (10) enthalten und ist auf einer Seite mit der ersten Lastanschlussstruktur (11) und auf der anderen Seite mit einem Driftgebiet (100) des Halbleiterkörpers (10) elektrisch verbunden, wobei das Driftgebiet (100) von einem ersten Leitfähigkeitstyp ist. Der Halbleiterkörper (10) umfasst ferner Folgendes: ein Transistorshortgebiet (107), das vom ersten Leitfähigkeitstyp ist, wobei ein Übergang zwischen dem Transistorshortgebiet (107) und der ersten Lastanschlussstruktur (11) einen Schottky-Kontakt (108) bildet; und ein Trennungsgebiet (109), das das Transistorshortgebiet (107) von dem Driftgebiet (100) trennt und das von einem zweiten Leitfähigkeitstyp ist, der komplementär zu dem ersten Leitfähigkeitstyp ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Patentschrift betrifft Ausführungsformen eines Leistungshalbleiterbauelements und ein Verfahren zur Verarbeitung eines Leistungshalbleiterbauelements. Insbesondere betrifft die vorliegende Patentschrift Ausführungsformen eines Leistungshalbleiterbauelements mit Rückwärtsstromvermögen, wie zum Beispiel einen rückwärtsleitenden IGBT.
  • HINTERGRUND
  • Viele Funktionen moderner Bauelemente in Kraftfahrzeug-, Verbraucher- und Industrieanwendungen, wie etwa die Umwandlung von elektrischer Energie und das Antreiben eines Elektromotors oder einer elektrischen Maschine, sind auf Leistungshalbleiterbauelemente angewiesen. Zum Beispiel sind Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs, Insulated Gate Bipolar Transistors), Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) und Dioden, um nur einige zu nennen, für verschiedene Anwendungen verwendet worden, einschließlich Schaltern in Stromversorgungen und Leistungswandlern, aber nicht darauf beschränkt.
  • Ein Leistungshalbleiterbauelement umfasst üblicherweise einen Halbleiterkörper, der dazu konfiguriert ist, einen Laststrom entlang einem Laststrompfad zwischen zwei Lastanschlüssen des Bauelements zu leiten. Ferner kann der Laststrom mittels einer Transistorzelle, die zumindest teilweise in dem Halbleiterkörper enthalten ist, gesteuert werden. Zum Beispiel umfasst die Transistorzelle eine isolierte Elektrode, die das Leistungshalbleiterbauelement bei Empfang eines entsprechenden Steuersignals von beispielsweise einer Treibereinheit in einen vorwärtsleitenden Zustand oder einen rückwärtsleitenden Zustand versetzen kann.
  • Gelegentlich ist solch ein Leistungshalbleiterbauelement ferner zum Leiten eines Rückwärtsstroms zwischen den beiden Lastanschlüssen konfiguriert. Zum Beispiel kann der Rückwärtsstrom über eine Body-Diode des Bauelements geleitet werden. In einigen Fällen können eigens vorgesehene Diodengebiete vorgesehen werden, um solch einen rückwärtsleitenden Zustand des Bauelements zu ermöglichen. Es ist allgemein wünschenswert, die Leitungsverluste sowohl im vorwärtsleitenden Zustand als auch im rückwärtsleitenden Zustand solch eines Bauelements zu reduzieren.
  • KURZFASSUNG
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Leistungshalbleiterbauelement einen Halbleiterkörper, eine auf einer Vorderseite des Halbleiterkörpers angeordnete erste Lastanschlussstruktur und eine auf einer Rückseite des Halbleiterkörpers angeordnete zweite Lastanschlussstruktur. Das Leistungshalbleiterbauelement ist dahingehend konfiguriert, einen Laststrom zwischen der ersten Lastanschlussstruktur und der zweiten Lastanschlussstruktur mittels mindestens einer Transistorzelle zu steuern, wobei die Transistorzelle zumindest teilweise in dem Halbleiterkörper enthalten ist und auf einer Seite mit der ersten Lastanschlussstruktur und auf der anderen Seite mit einem Driftgebiet des Halbleiterkörpers elektrisch verbunden ist, wobei das Driftgebiet von einem ersten Leitfähigkeitstyp ist. Ferner umfasst der Halbleiterkörper: ein Transistorshortgebiet, das vom ersten Leitfähigkeitstyp ist, wobei ein Übergang zwischen dem Transistorshortgebiet und der ersten Lastanschlussstruktur einen Schottky-Kontakt bildet; und ein Trennungsgebiet, das das Transistorshortgebiet von dem Driftgebiet trennt und das von einem zweiten Leitfähigkeitstyp ist, der komplementär zu dem ersten Leitfähigkeitstyp ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist ein rückwärtsleitender IGBT einen Halbleiterkörper und mehrere zumindest teilweise darin implementierte Transistorzellen auf. Der rückwärtsleitende IGBT umfasst ferner in dem Halbleiterkörper und außerhalb der Transistorzellen: ein Transistorshortgebiet, das von einem ersten Leitfähigkeitstyp ist und an einen Emitteranschluss des rückwärtsleitenden IGBTs angekoppelt ist, wobei ein Übergang zwischen dem Transistorshortgebiet und dem Emitteranschluss einen Schottky-Kontakt bildet; und ein Trennungsgebiet, das das Transistorshortgebiet von einem Driftgebiet des rückwärtsleitenden IGBTs trennt, wobei das Trennungsgebiet von einem zweiten Leitfähigkeitstyp ist, der komplementär zu dem ersten Leitfähigkeitstyp ist, und das Driftgebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp ist.
  • Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Verarbeitung eines Leistungshalbleiterbauelements Folgendes: Bereitstellen eines Halbleiterkörpers mit einer Vorderseite und einer Rückseite; Bereitstellen eines Driftgebiets, das von einem ersten Leitfähigkeitstyp ist, in dem Halbleiterkörper; Erzeugen mindestens einer Transistorzelle auf der Vorderseite, wobei die Transistorzelle zumindest teilweise in dem Halbleiterkörper enthalten ist und mit dem Driftgebiet elektrisch verbunden ist; Erzeugen in dem Halbleiterkörper: eines Transistorshortgebiets, das auf der Vorderseite angeordnet ist und vom ersten Leitfähigkeitstyp ist, und eines Trennungsgebiets, das das Transistorshortgebiet von dem Driftgebiet trennt und von einem zweiten Leitfähigkeitstyp ist, der komplementär zu dem ersten Leitfähigkeitstyp ist; und Erzeugen einer ersten Lastanschlussstruktur auf der Vorderseite, derart, dass die erste Lastanschlussstruktur mit der mindestens einen Transistorzelle elektrisch verbunden ist und ein Schottky-Kontakt an einem Übergang zwischen dem Transistorshortgebiet und der ersten Lastanschlussstruktur gebildet wird.
  • Der Fachmann wird bei der Lektüre der folgenden detaillierten Beschreibung und bei der Durchsicht der beigefügten Zeichnungen zusätzliche Merkmale und Vorteile erkennen.
  • Figurenliste
  • Die Teile in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, stattdessen wird Wert auf veranschaulichende Grundzüge der Erfindung gelegt. Darüber hinaus bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen einander entsprechende Teile. In den Zeichnungen zeigen:
    • 1 schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines Leistungshalbleiterbauelements gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 2 schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines Leistungshalbleiterbauelements gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 3 schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines Leistungshalbleiterbauelements gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 4 schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines Leistungshalbleiterbauelements gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen; und
    • 5 schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines Leistungshalbleiterbauelements gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen spezielle Ausführungsformen als Veranschaulichung gezeigt werden, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann.
  • In dieser Hinsicht kann Richtungsterminologie, wie zum Beispiel „oben“, „unten“, „unter“, „vorne“, „hinten“, „zurück“, „führender“, „nachlaufender“, „unterhalb“, „oberhalb“ usw., mit Bezug auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Figuren verwendet werden. Da Teile von Ausführungsformen in mehreren verschiedenen Ausrichtungen positioniert werden können, wird die Richtungsterminologie zu Zwecken der Veranschaulichung verwendet und ist keineswegs einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die nachstehende detaillierte Beschreibung soll daher nicht in einem einschränkenden Sinne verstanden werden, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angehängten Ansprüche definiert.
  • Es wird nunmehr ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen Bezug genommen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den Figuren dargestellt werden. Jedes Beispiel wird als Erklärung bereitgestellt und soll die Erfindung nicht einschränken. Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform dargestellt oder beschrieben werden, können beispielsweise bei oder kombiniert mit anderen Ausführungsformen verwendet werden, um eine weitere Ausführungsform zu erhalten. Die vorliegende Erfindung soll solche Modifikationen und Variationen mit einschließen. Die Beispiele werden unter Verwendung einer speziellen Ausdrucksweise beschrieben, die nicht als den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche einschränkend ausgelegt werden soll. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich veranschaulichenden Zwecken. Der Übersicht halber wurden in den verschiedenen Zeichnungen die gleichen Elemente oder Herstellungsschritte mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, sofern nichts Anderes angegeben ist.
  • Der Begriff „horizontal“, wie er in dieser Patentschrift verwendet wird, soll eine Ausrichtung im Wesentlichen parallel zu einer horizontalen Fläche eines Halbleitersubstrats oder einer Halbleiterstruktur beschreiben. Dies kann zum Beispiel die Fläche eines Halbleiterwafers oder eines Dies sein. Zum Beispiel können sowohl die erste laterale Richtung X als auch die zweite laterale Richtung Y, die nachstehend erwähnt werden, horizontale Richtungen sein, wobei die erste laterale Richtung X und die zweite laterale Richtung Y senkrecht zueinander sein können.
  • Der Begriff „vertikal“, wie er in dieser Patentschrift verwendet wird, soll eine Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der horizontalen Fläche, das heißt, parallel zu der normalen Richtung der Fläche des Halbleiterwafers, angeordnet ist. Zum Beispiel kann die nachstehend erwähnte Erstreckungsrichtung Z eine Erstreckungsrichtung sein, die sowohl zu der ersten lateralen Richtung X als auch der zweiten lateralen Richtung Y senkrecht ist.
  • In dieser Beschreibung wird n-dotiert als „erster Leitfähigkeitstyp“ bezeichnet, während p-dotiert als „zweiter Leitfähigkeitstyp“ bezeichnet wird. Alternativ können entgegengesetzte Dotierungsbeziehungen verwendet werden, so dass der erste Leitfähigkeitstyp p-dotiert sein kann und der zweite Leitfähigkeitstyp n-dotiert sein kann.
  • Im Rahmen der vorliegenden Patentschrift soll ferner der Ausdruck „vom ersten (zweiten) Leitfähigkeitstyp sein“, der zur Charakterisierung spezieller Halbleitergebiete verwendet werden kann, beschreiben, dass das jeweilige Halbleitergebiet eine Nettodotierstoffkonzentration vom ersten (zweiten) Leitfähigkeitstyp hat. Dies schließt im Allgemeinen das Vorhandensein von Dotierstoffen der komplementären zweiten (ersten) Leitfähigkeit mit einer im Vergleich zu dem ersten (zweiten) Leitfähigkeitstyp geringeren Dotierstoffkonzentration nicht aus.
  • Im Rahmen der vorliegenden Patentschrift sollen die Begriffe „in ohmschem Kontakt“, „in elektrischem Kontakt“, „in ohmscher Verbindung“ und „elektrisch verbunden“ beschreiben, dass eine niederohmige elektrische Verbindung oder ein niederohmiger Strompfad zwischen zwei Gebieten, Bereichen, Zonen, Abschnitten oder Teilen eines Halbleiterbauelements oder zwischen verschiedenen Anschlüssen eines oder mehrerer Bauelemente oder zwischen einem Anschluss oder einer Metallisierung oder einer Elektrode und einem Abschnitt oder Teil eines Halbleiterbauelements besteht. Außerdem soll im Rahmen der vorliegenden Patentschrift der Begriff „in Kontakt“ beschreiben, dass eine direkte physische Verbindung zwischen zwei Elementen des entsprechenden Halbleiterbauelements besteht; zum Beispiel umfasst ein Übergang zwischen zwei in Kontakt miteinander befindlichen Elementen möglicherweise keine weiteren Zwischenelemente oder dergleichen.
  • Darüber hinaus wird im Rahmen der vorliegenden Patentschrift der Begriff „elektrische Isolierung“, wenn nicht anders angegeben, im Rahmen seines allgemein gültigen Verständnisses verwendet und soll somit beschreiben, dass zwei oder mehr Komponenten separat voneinander angeordnet sind und dass keine ohmsche Verbindung besteht, die jene Komponenten verbindet. Jedoch können elektrisch voneinander isolierte Komponenten nichtsdestotrotz miteinander gekoppelt, zum Beispiel mechanisch gekoppelt und/oder kapazitativ gekoppelt und/oder induktiv gekoppelt, sein. Um ein Beispiel anzugeben, können zwei Elektroden eines Kondensators elektrisch voneinander isoliert, und gleichzeitig mechanisch und kapazitiv, zum Beispiel mit Hilfe einer Isolierung, zum Beispiel eines Dielektrikums, miteinander gekoppelt sein.
  • In dieser Patentschrift beschriebene spezielle Ausführungsformen betreffen ein Leistungshalbleiterbauelement, das eine Streifenzellenkonfiguration aufweist, wie zum Beispiel ein Leistungshalbleiterbauelement, das innerhalb eines Leistungswandlers oder einer Stromversorgung verwendet werden kann, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Daher kann bei einer Ausführungsform das Halbleiterbauelement dahingehend konfiguriert sein, einen Laststrom zu führen, der einer Last zugeführt werden soll und/oder der durch eine Energiequelle bereitgestellt wird. Zum Beispiel kann das Leistungshalbleiterbauelement eine oder mehrere aktive Leistungshalbleiterzellen, wie zum Beispiel eine monolithisch integrierte Diodenzelle und/oder eine monolithisch integrierte Transistorzelle und/oder eine monolithisch integrierte IGBT-Zelle und/oder eine monolithisch integrierte RC-IGBT-Zelle und/oder Abwandlungen davon umfassen. Solche Diodenzellen und/oder solche Transistorzellen können in einem Leistungshalbleitermodul integriert sein. Mehrere solcher Zellen können ein Zellenfeld bilden, das in einem aktiven Gebiet des Leistungshalbleiterbauelements angeordnet ist.
  • Der Begriff „Leistungshalbleiterbauelement“, wie er in dieser Patentschrift verwendet wird, soll ein Halbleiterbauelement auf einem einzelnen Chip mit der Fähigkeit zum Sperren einer hohen Spannung und/oder zum Führen eines hohen Stroms beschreiben. Mit anderen Worten ist ein solches Leistungshalbleiterbauelement für einen hohen Strom, typischerweise im Ampere-Bereich, zum Beispiel bis zu mehreren Dutzend oder Hundert Ampere, und/oder hohe Spannungen, typischerweise über 100 V, üblicher 600 V und darüber, zum Beispiel bis mindestens 6500 V, bestimmt. Zum Beispiel kann das nachstehend beschriebene verarbeitete Halbleiterbauelement ein Halbleiterbauelement sein, das eine Streifenzellenkonfiguration oder eine quadratische oder polygonale Zellenkonfiguration aufweist und das für den Einsatz als eine Leistungskomponente in einer Anwendung mit einer niedrigen, mittleren und/oder hohen Spannung konfiguriert sein kann.
  • Der Begriff „Leistungshalbleiterbauelement“, wie er in dieser Patentschrift verwendet wird, soll sich nicht auf Logikhalbleiterbauelemente beziehen, die zum Beispiel zum Speichern von Daten, Rechnerdaten und/oder für andere Arten von Datenverarbeitung auf Halbleiterbasis verwendet werden.
  • Die 1 bis 5 veranschaulichen jeweils schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines Leistungshalbleiterbauelements 1 gemäß einigen Ausführungsformen. Die folgende Beschreibung bezieht sich allgemein auf sämtliche der 1 bis 5. Bestimmte Merkmale von Ausführungsbeispielen werden unter ausdrücklichem Bezug auf eine oder mehrere der 1 bis 5 ausführlicher erläutert.
  • Die dargestellten Querschnitte sind zu einer durch die erste laterale Richtung X und die Vertikalrichtung Z definierten Ebene parallel. Jedes der veranschaulichen Bauteile des Leistungshalbleiterbauelements 1 kann sich entlang der zweiten lateralen Richtung Y (nicht dargestellt) erstrecken.
  • Das Leistungshalbleiterbauelement 1 umfasst einen z. B. auf Silizium oder Siliziumcarbid basierenden Halbleiterkörper 10. Weitere mögliche Halbleitermaterialien werden weiter unten erwähnt. Der Halbleiterkörper 10 ist mit einer ersten Lastanschlussstruktur 11 sowie einer zweiten Lastanschlussstruktur 12 des Leistungshalbleiterbauelements 1 gekoppelt. Zum Beispiel ist das Leistungshalbleiterbauelement 1 ein IGBT, wie zum Beispiel ein rückwärtsleitender IGBT (RC-IGBT), und die erste Lastanschlussstruktur 11 ist ein Emitteranschluss des IGBTs oder umfasst diesen. Die zweite Lastanschlussstruktur 12 kann zum Beispiel einen Kollektoranschluss des IGBTs bilden oder diesen umfassen. Die erste Lastanschlussstruktur 11 umfasst z. B. mindestens eine erste Metallisierung 110, 111, 112, und die zweite Lastanschlussstruktur 12 kann mindestens eine zweite Metallisierung umfassen.
  • Das Leistungshalbleiterbauelement kann einen vertikalen Aufbau aufweisen, gemäß dem der Halbleiterkörper 10 zwischen der ersten Lastanschlussstruktur 11 und der zweiten Lastanschlussstruktur 12 angeordnet ist. Die erste Lastanschlussstruktur 11 kann auf einer Vorderseite 10-1 des Halbleiterkörpers 10 angeordnet sein, und die zweite Lastanschlussstruktur 12 kann auf einer Rückseite 10-2 des Halbleiterkörpers 10 angeordnet sein. Demgemäß kann die erste Metallisierung 110, 111, 112 der ersten Lastanschlussstruktur 11 eine Vorderseitenmetallisierung sein, und die mindestens eine zweite Metallisierung der zweiten Lastanschlussstruktur 12 kann eine Rückseitenmetallisierung sein. Mittels dieser Anschlussstrukturen 11 und 12 empfängt das Leistungshalbleiterbauelement zum Beispiel einen Laststrom und gibt diesen aus. Demgemäß kann mindestens eine dieser Anschlussstrukturen 11 und 12, zum Beispiel die erste Lastanschlussstruktur 11, ein oder mehrere Bondpads (nicht dargestellt) zur Kopplung, zum Beispiel mit mehreren Bonddrähten, enthalten.
  • Der Halbleiterkörper 10 enthält ein Driftgebiet 100 mit Dotierstoffen vom ersten Leitfähigkeitstyp. Das Driftgebiet 100 ist zum Beispiel ein n--dotiertes Gebiet. Ferner können eine Dotierstoffkonzentration und eine Gesamterstreckung des Driftgebiets 100 entlang der Vertikalrichtung Z im Wesentlichen ein Sperrvermögen, das heißt eine maximale Sperrspannung des Leistungshalbleiterbauelements 1, definieren. Zum Beispiel ist die Sperrspannung höher als 500 V, höher als 1 kV oder sogar höher als 3 kV.
  • Ferner sind eine oder mehrere Transistorzellen 130 auf der Vorderseite 10-1 angeordnet. Die mindestens eine Transistorzelle 130 kann in dem Halbleiterkörper 10 zumindest teilweise enthalten sein und kann auf einer Seite mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 und auf der anderen Seite mit dem Driftgebiet 100 elektrisch verbunden sein. Das Leistungshalbleiterbauelement 1 kann dahingehend konfiguriert sein, einen Stromfluss zwischen der ersten Lastanschlussstruktur 11 und der zweiten Lastanschlussstruktur 12 mittels der mindestens einen Transistorzelle 130 zu steuern. Zum Beispiel kann die erste Zelle 130 einen MOS-Steuerkopf zum Steuern des Stromflusses umfassen.
  • Wie in den 2 bis 5 beispielhaft gezeigt, kann jede Transistorzelle 130 mindestens ein Sourcegebiet 104 umfassen, das mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 elektrisch verbunden ist. Das Sourcegebiet 104 kann in dem Halbleiterkörper 10 enthalten sein und kann eine Nettodotierstoffkonzentration vom ersten Leitfähigkeitstyp, zum Beispiel n-Typ, aufweisen. Zum Beispiel umfasst das Sourcegebiet 104 Dotierstoffe vom ersten Leitfähigkeitstyp (wie zum Beispiel n-Typ) mit einer höheren Dotierstoffkonzentration als das Driftgebiet 100. Bei anderen Ausführungsformen kann das Sourcegebiet 104 zum Beispiel mittels eines Metalls gebildet sein, das beispielsweise durch einen Metall-zu-Halbleiter-Übergang, der an einem Übergang von einem Abschnitt der ersten Lastanschlussstruktur 11 zu dem Halbleiterkörper 10 gebildet ist, mit dem Halbleiterkörper 10 in Kontakt steht. Der Halbleiterkörper 10 kann zum Aufnehmen und/oder Ausgeben eines Laststroms von und/oder zu der ersten Lastanschlussstruktur 11 über das Sourcegebiet 104 konfiguriert sein.
  • Ferner kann jede Transistorzelle 130 ein Kanalgebiet 101 (auch als Bodygebiet 101 bezeichnet) umfassen, das im Halbleiterkörper 10 enthalten ist. Das Kanalgebiet 101 kann eine Nettodotierstoffkonzentration von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, der zu dem ersten Leitfähigkeitstyp komplementär ist, aufweisen. Zum Beispiel weist das Kanalgebiet 101 Dotierstoffe vom p-Typ auf, wenn das Driftgebiet 100 und das Sourcegebiet 104 jeweils Dotierstoffe vom n-Typ aufweisen. Das Kanalgebiet 101 kann dahingehend angeordnet sein, das Sourcegebiet 104 von dem Driftgebiet 100 zu isolieren. Die Transistorzelle 130 kann dahingehend konfiguriert sein, einen Transportkanal für Ladungsträger vom ersten Leitfähigkeitstyp innerhalb des Kanalgebiets 101 zu erzeugen.
  • Bei einer Ausführungsform ist das Kanalgebiet 101 mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 elektrisch verbunden (siehe 2 bis 5). Zum Beispiel kann das Kanalgebiet 101 ein erstes Anschlussgebiet 1010, das mit einer höheren Dotierstoffkonzentration als die verbleibenden Teile des Kanalgebiets 101 vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist, umfassen, wobei das erste Anschlussgebiet mit einem ersten Abschnitt 110 der ersten Lastanschlussstruktur 11 in Kontakt steht. Zum Beispiel wird zwischen dem ersten Anschlussgebiet 1010 und dem ersten Abschnitt 110 der ersten Lastanschlussstruktur 11 ein ohmscher Kontakt hergestellt.
  • Zum Beispiel ist an einem Übergang zwischen dem Kanalgebiet 101 und dem Driftgebiet 100 ein pn-Übergang gebildet. Der pn-Übergang kann zum Sperren einer Sperrspannung in einem Sperrzustand des Leistungshalbleiterbauelements 1 konfiguriert sein.
  • Zum Steuern eines Laststromflusses durch das Leistungshalbleiterbauelement 1 zwischen der ersten Lastanschlussstruktur 11 und der zweiten Lastanschlussstruktur 12 kann jede Transistorzelle 130 ferner eine Steuerelektrode 1310 (auch als Gate-Elektrode bezeichnet) umfassen, die mit einem Steueranschluss (auch als Gate-Anschluss bezeichnet; nicht dargestellt) des Leistungshalbleiterbauelements 1 elektrisch verbunden ist. Die Steuerelektrode 1310 kann dahingehend angeordnet und konfiguriert sein, den Transportkanal in dem Kanalgebiet 101 so zu erzeugen, dass sich der Transportkanal innerhalb des Kanalgebiets 101 von dem Sourcegebiet 104 zu dem Driftgebiet 100 erstreckt. Zum Beispiel ist die Steuerelektrode 1310 dahingehend konfiguriert, den Transportkanal in Abhängigkeit von einem Steuersignal, wie zum Beispiel einem Spannungssignal, das von außerhalb des Leistungshalbleiterbauelements 1 für die Steuerelektrode 1310 bereitgestellt wird, zu erzeugen. Zum Beispiel kann das Steuersignal über einen Gate-Anschluss (nicht dargestellt) des Leistungshalbleiterbauelements 1 bereitgestellt werden.
  • Bei einer Ausführungsform erstreckt sich die mindestens eine Steuerelektrode 1310 zumindest teilweise in einem in dem Halbleiterkörper 10 ausgebildeten Graben 131. Zum Beispiel umfasst der Graben 131 eine Isolierstruktur 1311, die die Steuerelektrode 1310 von dem Kanalgebiet 101 isoliert. Die Isolierstruktur 1311 kann ein Gate-Dielektrikum, wie zum Beispiel ein Oxid, zum Beispiel ein Siliziumdioxid, umfassen. Zum Beispiel erstreckt sich solch ein Graben 131 von der Vorderseite 10-1 im Wesentlichen entlang der Vertikalrichtung Z in den Halbleiterkörper 10, wie in den 2 bis 5 gezeigt.
  • Gegenüber der mindestens einen Transistorzelle 130, die auf der Vorderseite 10-1 angeordnet ist, ist mindestens ein erstes Rückseitenemittergebiet 105 auf der Rückseite 10-2 in dem Halbleiterkörper 10 vorgesehen. Das erste Rückseitenemittergebiet 105 ist mit der zweiten Lastanschlussstruktur 12 (zum Beispiel einer Rückseitenmetallisierung 12) elektrisch verbunden und umfasst Dotierstoffe vom zweiten Leitfähigkeitstyp. Zum Beispiel kann das erste Rückseitenemittergebiet 105 als ein p+-dotiertes Halbleitergebiet realisiert sein, wenn das Driftgebiet 100 n-dotiert ist, wie zum Beispiel in dem Fall eines n-Kanal-IGBTs 1. Das erste Rückseitenemittergebiet 105 kann zum Injizieren von Ladungsträgern vom zweiten Leitfähigkeitstyp in das Driftgebiet 100 in einem vorwärtsleitenden Zustand des Leistungshalbleiterbauelements 1 konfiguriert sein. Somit kann ein bipolarer vorwärtsleitender Modus realisiert werden, wie im Hinblick auf IGBTs wohlbekannt ist.
  • Bei einer Ausführungsform beläuft sich eine laterale Erstreckung des ersten Rückseitenemittergebiets 105 auf mindestens 20%, wie zum Beispiel mindestens 50% oder sogar 100%, einer Vertikalerstreckung des Halbleiterkörpers 10 (das heißt einer entlang der Vertikalrichtung Z gemessenen Gesamtchipdicke).
  • Das erste Rückseitenemittergebiet 105 und die mindestens eine Transistorzelle 130 weisen einen ersten gemeinsamen lateralen Erstreckungsbereich LX1 entlang der ersten lateralen Richtung X auf. Mit anderen Worten, entlang der ersten lateralen Richtung X besteht zwischen der auf der Vorderseite 10-1 angeordneten Transistorzelle 130 des Halbleiterkörpers 10 und dem auf der Rückseite 10-2 angeordneten ersten Rückseitenemittergebiet 105 eine endliche laterale Überlappung LX1. Zum Beispiel beläuft sich der erste gemeinsame laterale Erstreckungsbereich LX1 auf mindestens 10%, mindestens 30%, mindestens 50% oder sogar bis zu 100% einer lateralen Erstreckung der Transistorzelle 130 entlang der ersten lateralen Richtung X. Im Falle, dass zum Beispiel mehrere Transistorzellen 130 (vgl. 2-5) und/oder mehrere erste Rückseitenemittergebiete 105 in dem Halbleiterbauelement 1 vorgesehen sind, kann sich die Summe der jeweiligen ersten gemeinsamen lateralen Erstreckungsbereiche LX1 jeder Transistorzelle 130 mit einem ersten Rückseitenemittergebiet 105 auf mindestens 10%, mindestens 30% oder sogar mindestens 50% der Summe der lateralen Gesamterstreckungen aller Transistorzellen 130 entlang der ersten lateralen Richtung X belaufen.
  • Zusätzlich zu dem mindestens einen ersten Rückseitenemittergebiet 105 kann ferner mindestens ein zweites Rückseitenemittergebiet 106 in dem Halbleiterkörper 10 vorgesehen sein. Das zweite Rückseitenemittergebiet 106 ist mit der zweiten Lastanschlussstruktur 12 elektrisch verbunden und weist eine Nettodotierstoffkonzentration vom ersten Leitfähigkeitstyp auf. Zum Beispiel kann das zweite Rückseitenemittergebiet 106 ein Rückwärtsstromvermögen des Leistungshalbleiterbauelements 1 gestatten. Bei einer Ausführungsform ist das Leistungshalbleiterbauelement 1 ein rückwärtsleitender IGBT (RC-IGBT), wobei das mindestens eine zweite Rückseitenemittergebiet 106 ein Shortgebiet, wie zum Beispiel ein n-Shortgebiet, ist, das auf der Rückseite 10-2 angeordnet ist, um einen rückwärtsleitenden Diodenbetrieb des RC-IGBT 1 zu gestatten.
  • Die Rückseite 10-2 des Halbleiterkörpers 10 weist zum Beispiel ein oder mehrere erste Rückseitenemittergebiete 105 auf, die als „IGBT-Gebiete“ fungieren, und einen oder mehrere zweite Rückseitenemittergebiete 106, die als „Diodengebiete“ fungieren, um sowohl IGBT-Betrieb in einem vorwärtsleitenden Zustand als auch Diodenbetrieb in einem rückwärtsleitenden Zustand des Leistungshalbleiterbauelements 1 zu gestatten.
  • Wie in jeder der 1 bis 5 veranschaulicht, umfasst der Halbleiterkörper 10 ferner ein Transistorshortgebiet 107, das vom ersten Leitfähigkeitstyp ist, wobei ein Übergang zwischen dem Transistorshortgebiet 107 und der ersten Lastanschlussstruktur 11 einen Schottky-Kontakt 108 bildet. Das Transistorshortgebiet 107 steht mit einem zweiten Abschnitt 112 der ersten Lastanschlussstruktur 11 in Kontakt, der ein Metall, wie zum Beispiel mindestens eines von Aluminium (AI), Silber (Ag), Gold (Au), Palladium (Pd), Platin (Pt), Nickel (Ni), Molybdän (Mo), Titan (Ti), Wolfram (W) oder Silizide, wie zum Beispiel Platinsilizid (PtSi), Kobaltsilizid (CoSi), Nickelsilizid (NiSi), Titansilizid (TiSi), Molybdänsilizid (MoSi) oder Mangansilizid (MnSi), umfassen kann. In der Nähe des zweiten Abschnitts 112 der ersten Lastanschlussstruktur 11 kann das Transistorshortgebiet 107 zum Beispiel n-Typ-Dotierstoffe mit einer Dotierstoffkonzentration in einem Bereich von 1013 cm-3 bis 1017 cm-3 umfassen. Der Schottky-Kontakt 108 kann somit als ein Metall-zu-Halbleiter-Übergang zwischen dem zweiten Abschnitt 112 und dem Transistorshortgebiet 107 gebildet sein.
  • Der Schottky-Kontakt 108 kann zum Reduzieren eines Emitterwirkungsgrads des Kanalgebiets 101 während des rückwärtsleitenden Betriebs des Leistungshalbleiterbauelements 1 durch Bereitstellen einer Möglichkeit, dass Ladungsträger vom ersten Leitfähigkeitstyp zu der ersten Lastanschlussstruktur 11 fließen, ohne eine Injektion von Ladungsträgern vom zweiten Leitfähigkeitstyp aus dem Kanalgebiet 101 in das Driftgebiet 100 zu bewirken, konfiguriert sein.
  • Bei einer Ausführungsform gemäß den 2 bis 5 umfasst das Leistungshalbleiterbauelement 1 mindestens zwei Transistorzellen 130, wobei das Transistorshortgebiet 107 außerhalb der und lateral zwischen den mindestens zwei Transistorzellen 130 dazwischen angeordnet ist.
  • Zum Beispiel ist das Transistorshortgebiet 107 lateral angrenzend an und in Kontakt mit einem Graben 131 der mindestens einen Transistorzelle 130 angeordnet. Das Transistorshortgebiet 107 kann auch lateral angrenzend an und in Kontakt mit einem Graben 131 jeder der beiden benachbarten Transistorzellen 130 angeordnet sein (vgl. 2 bis 5).
  • Bei einer Ausführungsform kann das Transistorshortgebiet 107 durch mindestens zwei Gräben 131 lateral begrenzt sein, wobei ein lateraler Abstand der Gräben 131 kleiner als eine Tiefe mindestens eines der Gräben 131 ist.
  • Ferner umfasst der Halbleiterkörper 10 ein Trennungsgebiet 109, das das Transistorshortgebiet 107 von dem Driftgebiet 100 trennt und von einem zu dem ersten Leitfähigkeitstyp komplementären zweiten Leitfähigkeitstyp ist. Zum Beispiel umfasst das Trennungsgebiet 109 Dotierstoffe vom zweiten Leitfähigkeitstyp mit einer Dotierstoffkonzentration in einem Bereich von 1015 cm-3 bis 1018 cm-3.
  • Ein Übergang zwischen dem Trennungsgebiet 109 und dem Driftgebiet 100 kann einen pn-Übergang 103-1 bilden. Zum Beispiel kann aufgrund dieses pn-Übergangs 103-1 ein relativ hohes Sperrvermögen des Leistungshalbleiterbauelements 1 gewährleistet werden.
  • Bei einer Ausführungsform ist mindestens ein Abschnitt des Trennungsgebiets 109 lateral angrenzend an und in Kontakt mit einem Graben 131, wie zum Beispiel einem Gate-Graben 131 des Leistungshalbleiterbauelements 1, angeordnet. Das Trennungsgebiet 109 erstreckt sich zum Beispiel in dem Halbleiterkörper 10 (entlang der Vertikalrichtung Z) mindestens so tief wie 1/2 einer Tiefe des Grabens 131, wie zum Beispiel so tief wie die Tiefe des Grabens 131 oder sogar mindestens so tief wie das 4/3-Fache der Tiefe des Grabens 131.
  • Das Trennungsgebiet 109 kann auch lateral angrenzend an und in Kontakt mit einem Graben 131 jedes der beiden benachbarten Transistorzellen 131 angeordnet sein, wie in den 2 bis 5 veranschaulicht.
  • Innerhalb des Transistorshortgebiets 107 kann die Dotierstoffkonzentration vom ersten Leitfähigkeitstyp mindestens um einen Faktor von 10, wie zum Beispiel mindestens um einen Faktor von 100 oder sogar mindestens um einen Faktor von 1000, entlang einer von dem Trennungsgebiet 109 zu der ersten Lastanschlussstruktur 11 weisenden Richtung (wie zum Beispiel entlang einer der Vertikalrichtung Z entgegengesetzten Richtung) abnehmen.
  • Das Transistorshortgebiet 107 umfasst zum Beispiel einen ersten Abschnitt 107-1, der an die erste Lastanschlussstruktur 11 angekoppelt ist, und einen zweiten Abschnitt 107-2, der an das Trennungsgebiet 109 angekoppelt ist. Die Dotierstoffkonzentration vom ersten Leitfähigkeitstyp im ersten Abschnitt 107-1 kann um mindestens einen Faktor von 10, wie zum Beispiel mindestens um einen Faktor von 100 oder sogar um mindestens einen Faktor von 1000, geringer als die Dotierstoffkonzentration vom ersten Leitfähigkeitstyp im zweiten Abschnitt 107-2 sein.
  • Wie in 3 dargestellt, kann der Halbleiterkörper 10 ferner ein Kontaktgebiet 1014 umfassen, das vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist und in Kontakt sowohl mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 als auch dem Transistorshortgebiet 107 angeordnet ist. Das Kontaktgebiet 1014 kann eine Dotierstoffkonzentration vom zweiten Leitfähigkeitstyp in einem Bereich von 1017 cm-3 bis 1020 cm-3 umfassen. Das Kontaktgebiet 1014 kann zum Beispiel ein p+-dotiertes Halbleitergebiet sein.
  • Bei einer Ausführungsform ist das Kontaktgebiet 1014 in Kontakt mit einem Graben 131 angeordnet. Ferner kann das Kontaktgebiet 1014 durch das Transistorshortgebiet 107 von dem Trennungsgebiet 109 getrennt sein (vgl. 3).
  • Ein Übergang zwischen dem Kontaktgebiet 1014 und dem Transistorshortgebiet 107 kann einen pn-Übergang bilden. Dieser pn-Übergang kann einen zusätzlichen Pfad (neben dem Schottky-Kontakt 108) bereitstellen, über den Ladungsträger vom zweiten Leitfähigkeitstyp zum Beispiel bei Schalten des Leistungshalbleiterbauelements 1, aus dem Halbleiterkörper 10 in die erste Lastanschlussstruktur 11 fließen können.
  • Auf die 2 bis 5 Bezug nehmend, kann das Leistungshalbleiterbauelement 1 ferner ein Diodenemittergebiet 102 umfassen, das außerhalb der mindestens einen Transistorzelle 130 im Halbleiterkörper 10 angeordnet ist und vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist. Zum Beispiel nimmt das Diodenemittergebiet 102 die Form einer auf der Vorderseite 10-1 angeordneten p-Wanne an. Das Diodenemittergebiet 102 ist mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 elektrisch verbunden. Ein Übergang zwischen dem Diodenemittergebiet 102 und dem Driftgebiet 100 bildet einen pn-Übergang 103.
  • Das Diodenemittergebiet 102 kann zum Beispiel von dem Kanalgebiet 101 getrennt angeordnet sein. Bei einer anderen Ausführungsform, bei der das Leistungshalbleiterbauelement 1 eine Streifenzellenkonfiguration aufweisen kann, kann das Diodenemittergebiet 102 in der gleichen Mesa und in Kontakt mit dem Kanalgebiet 101 angeordnet sein.
  • Bei einer Ausführungsform weist das Diodenemittergebiet 102 einen zweiten gemeinsamen lateralen Erstreckungsbereich LX2 mit dem zweiten Rückseitenemittergebiet 106 auf. Mit anderen Worten, entlang der ersten lateralen Richtung X besteht zwischen dem auf der Vorderseite 10-1 angeordneten Diodenemittergebiet 102 und dem auf der Rückseite 10-2 angeordneten zweiten Rückseitenemittergebiet 106 eine endliche laterale Überlappung LX2. Zum Beispiel beläuft sich der zweite gemeinsame laterale Erstreckungsbereich LX2 auf mindestens 10%, mindestens 30%, mindestens 50% oder sogar 100% einer lateralen Erstreckung des Diodenemittergebiets 102 entlang der ersten lateralen Richtung X. Im Falle, dass zum Beispiel mehrere Diodenemittergebiete 102 und/oder mehrere zweite Rückseitenemittergebiete 106 in dem Halbleiterbauelement 1 vorgesehen sind (nicht dargestellt), kann sich die Summe der jeweiligen zweiten gemeinsamen lateralen Erstreckungsbereiche LX2 jedes Diodenemittergebiets 102 mit einem zweiten Rückseitenemittergebiet 106 auf mindestens 10%, mindestens 30% oder sogar mindestens 50% der Summe der lateralen Gesamterstreckungen aller Diodenemittergebiete 102 entlang der ersten lateralen Richtung X erstrecken.
  • Das Diodenemittergebiet 102 kann zum Injizieren von Ladungsträgern vom zweiten Leitfähigkeitstyp in das Driftgebiet 100 während eines rückwärtsleitenden Betriebs des Leistungshalbleiterbauelement 1 angeordnet und konfiguriert sein. Zum Beispiel kann das Injizieren von Ladungsträgern vom zweiten Leitfähigkeitstyp im Wesentlichen unabhängig von einem Schaltzustand der mindestens einen Transistorzelle 130, das heißt unabhängig davon, ob die Steuerelektrode 1310 einen Transportkanal im Kanalgebiet 101 erzeugt oder nicht, erfolgen.
  • Bei einer Ausführungsform ist mindestens ein Abschnitt des Diodenemittergebiets 102, wie in den 2 bis 5 gezeigt, lateral angrenzend an und in Kontakt mit einem Graben 131 angeordnet. Wie im Vertikalquerschnitt in den 2 bis 4 gezeigt, kann das Diodenemittergebiet 102 ähnlich wie die Kanalgebiete 101 der Transistorzellen 130 zum Beispiel durch mindestens zwei Gräben 131 lateral begrenzt sein. Der eine oder die mehreren Gräben 131, die angrenzend an das Diodenemittergebiet 102 angeordnet sind, können eine Elektrode 1310 umfassen. Diese Elektrode 1310 kann mit dem Gate-Anschluss des Leistungshalbleiterbauelements 1 oder mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 elektrisch verbunden sein, wie in 2 schematisch veranschaulicht.
  • Bei einer in 5 veranschaulichten Ausführungsform weist das Diodenemittergebiet 102 eine größere laterale Erstreckung als jede der Transistorzellen 130 auf. Zum Beispiel beläuft sich eine laterale Erstreckung W1 des Diodenemittergebiets 102 auf mindestens das 3-Fache, wie zum Beispiel mindestens das 5-Fache oder sogar mindestens das 10-Fache der lateralen Erstreckung W2 der mindestens einen Transistorzelle 130.
  • Wie in den 2 und 3 gezeigt, kann zusätzlich zu dem Diodenemittergebiet 102 ein floatendes Gebiet 102-1 vom zweiten Leitfähigkeitstyp im Halbleiterkörper 10 vorgesehen sein. Zum Beispiel kann das floatende Gebiet 102-1 durch einen Graben 131 von dem Diodenemittergebiet 102 getrennt sein. Ferner kann das floatende Gebiet 102-1 durch ein Isolationsgebiet 1112, wie zum Beispiel eine Oxidschicht, von der ersten Lastanschlussstruktur 11 isoliert sein.
  • Bei der Ausführungsform von 4 ist statt des floatenden Gebiets 102-1 ein weiteres Diodenemittergebiet 102 vorgesehen, wobei das weitere Diodenemittergebiet 102 mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 elektrisch verbunden ist.
  • Das Diodenemittergebiet 102 kann ein zweites Anschlussgebiet 1020 umfassen, das in Kontakt mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 angeordnet ist, wobei die Dotierstoffkonzentration vom zweiten Leitfähigkeitstyp in dem zweiten Anschlussgebiete 1020 um mindestens einen Faktor von 10, wie zum Beispiel um mindestens einen Faktor von 100 oder sogar um mindestens einen Faktor von 1000, höher ist als die Dotierstoffkonzentration vom zweiten Leitfähigkeitstyp im verbleibenden Abschnitt des Diodenemittergebiets 102. Zum Beispiel steht das zweite Anschlussgebiet 1020 in Kontakt mit einem dritten Abschnitt 111 der ersten Lastanschlussstruktur 11 (vgl. 2 bis 5). Zum Beispiel ist an einem Übergang zwischen dem zweiten Anschlussgebiet 1020 und dem dritten Abschnitt 111 der Lastanschlussstruktur 11 ein ohmscher Kontakt hergestellt.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das Leistungshalbleiterbauelement 1 ein rückwärtsleitender IGBT (RC-IGBT) mit einem Transistorzellenfeld 13, das mehrere Transistorzellen 130 umfasst, und mehreren Transistorshortgebieten 107, die im Transistorzellenfeld 13 und außerhalb der Transistorzellen 130 angeordnet sind (vgl. 2 bis 5). Der erste Lastanschluss 11 kann ein Emitteranschluss 11 des RC-IGBT 1 sein. Der Halbleiterkörper 10 des rückwärtsleitenden IGBTs 1 kann ferner mehrere Trennungsgebiete 109 umfassen, wobei jedes Trennungsgebiet 109 ein Transistorshortgebiet 107 von dem Driftgebiet 100 des rückwärtsleitenden IGBTs 1 trennt, wie oben beschrieben. Ferner können ein oder mehrere Diodenemittergebiete 102 in dem Halbleiterkörper 10 vorgesehen sein.
  • Auf die 2 bis 5 Bezug nehmend, kann der Halbleiterkörper 10 ferner eine Pufferschicht 100-1 (gemeinhin auch als Feldstoppschicht bezeichnet) umfassen, die vom ersten Leitfähigkeitstyp mit einer höheren Konzentration als das Driftgebiet 100 ist und das Driftgebiet 100 von mindestens dem ersten Rückseitenemittergebiet 105 trennt. Zum Beispiel übertrifft ein Maximum der Dotierstoffkonzentration des Puffergebiets 100-1 eine Dotierstoffkonzentration des Driftgebiets 100 um mindestens einen Faktor von 10, wie zum Beispiel um mindestens einen Faktor von 100 oder sogar um mindestens einen Faktor von 1000. Ferner kann die Pufferschicht 100-1 dahingehend angeordnet und konfiguriert sein, das Driftgebiet 100 auch von dem zweiten Rückseitenemittergebiet 106 zu trennen.
  • Bei einer Variante kann der Halbleiterkörper 10 ein Zwischengebiet (nicht dargestellt) umfassen, das vom ersten Leitfähigkeitstyp mit einer höheren Dotierstoffkonzentration als das Driftgebiet 100 ist und sich unter der Transistorzelle 130 und/oder dem Diodenemittergebiet 102 und/oder dem Trennungsgebiet 109 erstreckt, so dass sich mindestens ein Abschnitt des Driftgebiets 100 unter dem Zwischengebiet erstreckt. Zum Beispiel übertrifft eine Dotierstoffkonzentration des Zwischengebiets eine Dotierstoffkonzentration des Driftgebiets 100 um mindestens einen Faktor von 10, wie zum Beispiel um mindestens einen Faktor von 100 oder sogar um mindestens einen Faktor von 1000.
  • Auf die 2 bis 5 Bezug nehmend, können auf der Vorderseite 10-1 des Halbleiterkörpers 10 angrenzend andie Gräben 130 ein oder mehrere Isolationsblöcke 1101, 1111, 1121 vorgesehen sein. Zum Beispiel können die Isolationsblöcke 1101, 1111, 1121 ein dielektrisches Material, wie zum Beispiel ein Oxid, zum Beispiel ein Siliziumdioxid, umfassen. Die Isolationsblöcke 1101, 1111, 1121 können sich auch über den Gräben 131 erstrecken und die Elektroden 1310 bedecken.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zur Verarbeitung eines Leistungshalbleiterbauelements 1 vorgestellt. Das Verfahren kann die folgenden Schritte umfassen: Bereitstellen eines Halbleiterkörpers 10 mit einer Vorderseite 10-1 und einer Rückseite 10-2; Bereitstellen eines Driftgebiets 100, das von einem ersten Leitfähigkeitstyp ist, in dem Halbleiterkörper 10; Erzeugen mindestens einer Transistorzelle 130 auf der Vorderseite 10-1, wobei die Transistorzelle zumindest teilweise in dem Halbleiterkörper 10 enthalten ist und mit dem Driftgebiet 100 elektrisch verbunden ist; Erzeugen in dem Halbleiterkörper 10: eines Transistorshortgebiets 107, das auf der Vorderseite 10-1 angeordnet ist und vom ersten Leitfähigkeitstyp ist, und eines Trennungsgebiets 109, das das Transistorshortgebiet 107 von dem Driftgebiet 100 trennt und von einem zweiten Leitfähigkeitstyp ist, der komplementär zu dem ersten Leitfähigkeitstyp ist; und Erzeugen einer ersten Lastanschlussstruktur 11 auf der Vorderseite 10-1, derart, dass die erste Lastanschlussstruktur 11 mit der mindestens einen Transistorzelle 130 elektrisch verbunden ist und ein Schottky-Kontakt an einem Übergang zwischen dem Transistorshortgebiet 107 und der ersten Lastanschlussstruktur 11 gebildet wird.
  • Beispielhafte Wege zum Implementieren des oben vorgestellten Verfahrens können den oben beschriebenen und in den abhängigen Ansprüchen dargelegten Ausführungsformen des Leistungshalbleiterbauelements 1 entsprechen. Insofern wird auf das Obige verwiesen.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsformen schließen die Erkenntnis ein, dass bei Leistungshalbleiterbauelementen mit einem Rückwärtsleitungsvermögen, wie zum Beispiel RC-IGBTs, die Leistung im rückwärtsleitenden Modus von einer für eine Gate-Elektrode eine Transistorzelle bereitgestellten Gate-Emitter-Spannung abhängig sein kann. Zum Beispiel kann ein Emitterwirkungsgrad einer Body-Diode reduziert werden, wenn durch die Gate-Elektrode ein Transportkanal bereitgestellt wird, wodurch die Ladungsträgerdichte reduziert und Leitungsverluste im rückwärtsleitenden Modus erhöht werden. Somit kann es wünschenswert sein, das Rückwärtsleitungsverhalten eines Leistungshalbleiterbauelements unabhängig von der Gate-Emitter-Spannung, die gerade für die Gate-Elektrode bereitgestellt wird, zu machen.
  • Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen weist ein Leistungshalbleiterbauelement, wie zum Beispiel ein RC-IGBT, mehrere Transistorzellen und ein oder mehrere außerhalb der Transistorzellen angeordnete Transistorshortgebiete auf. Das mindestens eine Transistorshortgebiet weist eine Nettodotierstoffkonzentration von einem ersten Leitfähigkeitstyp, der der Leitfähigkeitstyp ist, der auch in einem Driftgebiet des Bauelements vorherrscht, auf. Ein Übergang zwischen dem Transistorshortgebiet und einer ersten Lastanschlussstruktur (wie zum Beispiel einem Emitteranschluss im Falle eines RC-IGBTs) bildet einen Schottky-Kontakt. Der Schottky-Kontakt kann dahingehend konfiguriert sein, einen Emitterwirkungsgrad eines Kanalgebiets (oder eines Bodygebiets) während des rückwärtsleitenden Betriebs des Leistungshalbleiterbauelements zu reduzieren, indem eine Möglichkeit bereitgestellt wird, dass Ladungsträger zu der Lastanschlussstruktur fließen, ohne eine Injektion von Ladungsträgern vom zweiten Leitfähigkeitstyp aus dem Kanalgebiet in das Driftgebiet zu bewirken.
  • Ferner wird ein Trennungsgebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp bereitgestellt, wobei das Trennungsgebiet das Transistorshortgebiet vom Driftgebiet trennt. Das Trennungsgebiet kann dazu konfiguriert sein, einen sperrenden pn-Übergang zum Driftgebiet aufzubauen, wodurch ein relativ hohes Sperrvermögen des Leistungshalbleiterbauelements gewährleistet wird.
  • Gemäß einer oder mehreren weiteren Ausführungsformen kann das Leistungshalbleiterbauelements ein Diodenemittergebiet umfassen, das außerhalb der mindestens einen Transistorzelle angeordnet ist und vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist, wobei das Diodenemittergebiet mit der ersten Lastanschlussstruktur elektrisch verbunden ist. Das Diodenemittergebiet kann zum Injizieren von Ladungsträgern vom zweiten Leitfähigkeitstyp in das Driftgebiet während des rückwärtsleitenden Betriebs des Leistungshalbleiterbauelements konfiguriert sein. Zum Beispiel kann das Injizieren von Ladungsträgern vom zweiten Leitfähigkeitstyp im Wesentlichen unabhängig von einem Schaltzustand der mindestens einen Transistorzelle, das heißt unabhängig davon, ob die Steuerelektrode einen Transportkanal im Kanalgebiets erzeugt oder nicht, erfolgen.
  • Im Obigen wurden sich auf Halbleiterbauelementverarbeitungsverfahren beziehende Ausführungsformen erläutert. Zum Beispiel basieren diese Halbleiterbauelemente auf Silizium (Si). Demgemäß kann ein(e) monokristalline(s) Halbleitergebiet oder -schicht, zum Beispiel der Halbleiterkörper 10, das Driftgebiet 100, das Sourcegebiet 104 und das Kanalgebiet 101 von Ausführungsbeispielen, ein(e) monokristalline(s) Si-Gebiet oder Si-Schicht sein. Bei anderen Ausführungsformen kann polykristallines oder amorphes Silizium eingesetzt werden.
  • Es sollte jedoch auf der Hand liegen, dass der Halbleiterkörper 10 und seine Komponenten, zum Beispiel die Gebiete 101, 100-1, 102, 104, 107 und 109, aus einem beliebigen Halbleitermaterial hergestellt sein können, das zur Herstellung eines Halbleiterbauelements geeignet ist. Beispiele für solche Materialien umfassen elementare Halbleitermaterialien, wie zum Beispiel Silizium (Si) oder Germanium (Ge), Gruppe IV-Verbindungshalbleitermaterialien, wie zum Beispiel Siliziumkarbid (SiC) oder Siliziumgermanium (SiGe), binäre, ternäre oder quaternäre III-V-Halbleitermaterialien, wie zum Beispiel Galliumnitrid (GaN), Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP), Indiumgalliumphosphid (InGaPa), Aluminiumgalliumnitrid (AIGaN), Aluminiumindiumnitrid (AlInN), Indiumgalliumnitrid (InGaN), Aluminiumgalliumindiumnitrid (AIGalnN) oder Indiumgalliumarsenidphosphid (InGaAsP), und binäre oder ternäre II-VI-Halbleitermaterialien, wie zum Beispiel Cadmiumtellurid (CdTe) und Quecksilbercadmiumtellurid (HgCdTe), um nur wenige zu nennen, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Die vorstehend erwähnten Halbleitermaterialien werden auch als „Homoübergangshalbleitermaterialien“ bezeichnet. Beim Kombinieren zweier verschiedener Halbleitermaterialien wird ein Heteroübergangshalbleitermaterial gebildet. Beispiele für Heteroübergangshalbleitermaterialien umfassen Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid (AIGalnN), Indiumgalliumnitrid (InGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGaInN), Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Galliumnitrid (GaN), Aluminiumgalliumnitrid(AlGaN)-Galliumnitrid (GaN), Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Aluminiumgalliumnitrid (AIGaN), Silizium-Siliziumkarbid (SixC1-x) und Silizium-SiGe-Heteroübergangshalbleitermaterialien, ohne darauf beschränkt zu sein. Für Anwendungen mit Leistungshalbleiterbauelementen werden zurzeit hauptsächlich Si-, SiC-, GaAs- und GaN-Materialien verwendet.
  • Räumlich relative Begriffe, wie zum Beispiel „unter“, „unterhalb“, „niedriger“, „über“, „oberer“, und dergleichen werden der Einfachheit der Beschreibung halber dazu verwendet, die Positionierung eines Elements relativ zu einem zweiten Element zu beschreiben. Diese Begriffe sollen zusätzlich zu Ausrichtungen, die von jenen, die in den Figuren veranschaulicht sind, verschiedenen sind, verschiedene Ausrichtungen des jeweiligen Bauelements mit einschließen. Ferner werden Begriffe, wie „erster“, „zweiter“ und dergleichen auch zum Beschreiben verschiedener Elemente, Gebiete, Abschnitte usw. verwendet und sollen ebenfalls nicht einschränkend sein. Gleiche Begriffe beziehen sich in der gesamten Beschreibung auf gleiche Elemente.
  • Wie hierin verwendet, sind die Begriffe „aufweisen“, „beinhalten“, „enthalten“, „umfassen“, „zeigen“ und dergleichen offene Begriffe und geben das Vorhandensein der angegebenen Elemente oder Merkmale an, schließen aber keine zusätzlichen Elemente oder Merkmale aus. Die Artikel „ein“, „eine“, „einer“, „eines“ und „der/die/das“ sollen sowohl den Plural als auch den Singular mit umfassen, es sei denn, der Kontext gibt eindeutig etwas Anderes an.
  • Unter Berücksichtigung der vorstehenden Abwandlungen und Anwendungen versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung weder durch die vorstehende Beschreibung eingeschränkt wird, noch wird sie durch die beigefügten Zeichnungen eingeschränkt. Stattdessen wird die vorliegende Erfindung lediglich durch die folgenden Ansprüche und ihre legalen Äquivalente eingeschränkt.

Claims (20)

  1. Leistungshalbleiterbauelement (1), das einen Halbleiterkörper (10), eine auf einer Vorderseite (10-1) des Halbleiterkörpers (10) angeordnete erste Lastanschlussstruktur (11) und eine auf einer Rückseite (10-2) des Halbleiterkörpers (10) angeordnete zweite Lastanschlussstruktur (12) aufweist und dahingehend konfiguriert ist, einen Laststrom zwischen der ersten Lastanschlussstruktur (11) und der zweiten Lastanschlussstruktur (12) mittels mindestens einer Transistorzelle (130) zu steuern, wobei die Transistorzelle (130) zumindest teilweise in dem Halbleiterkörper (10) enthalten ist und auf einer Seite mit der ersten Lastanschlussstruktur (11) und auf der anderen Seite mit einem Driftgebiet (100) des Halbleiterkörpers (10) elektrisch verbunden ist, wobei das Driftgebiet (100) von einem ersten Leitfähigkeitstyp ist, wobei der Halbleiterkörper (10) ferner Folgendes umfasst: - ein Transistorshortgebiet (107), das vom ersten Leitfähigkeitstyp ist, wobei ein Übergang zwischen dem Transistorshortgebiet (107) und der ersten Lastanschlussstruktur (11) einen Schottky-Kontakt (108) bildet; - ein Trennungsgebiet (109), das das Transistorshortgebiet (107) von dem Driftgebiet (100) trennt und das von einem zweiten Leitfähigkeitstyp ist, der komplementär zu dem ersten Leitfähigkeitstyp ist; und - ein Diodenemittergebiet (102) vom zweiten Leitfähigkeitstyp, wobei das Diodenemittergebiet (102) außerhalb der mindestens einen Transistorzelle (130) angeordnet ist und mit der ersten Lastanschlussstruktur (11) elektrisch verbunden ist, wobei ein Übergang zwischen dem Diodenemittergebiet (102) und dem Driftgebiet (100) einen pn-Übergang (103) bildet.
  2. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach Anspruch 1, wobei das Transistorshortgebiet (107) einen ersten Abschnitt (107-1), der an die erste Lastanschlussstruktur (11) angekoppelt ist, und einen zweiten Abschnitt (107-2), der an das Trennungsgebiet (109) angekoppelt ist, umfasst, wobei eine Dotierstoffkonzentration vom ersten Leitfähigkeitstyp im ersten Abschnitt (107-1) um mindestens einen Faktor von 10 geringer als eine Dotierstoffkonzentration vom ersten Leitfähigkeitstyp im zweiten Abschnitt (107-2) ist.
  3. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei innerhalb des Transistorshortgebiets (107) eine Dotierstoffkonzentration vom ersten Leitfähigkeitstyp entlang einer vom Trennungsgebiet (109) zur ersten Lastanschlussstruktur (11) weisenden Richtung um mindestens einen Faktor von 10 abnimmt.
  4. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das mindestens zwei Transistorzellen (130) umfasst, wobei das Transistorshortgebiet (107) außerhalb von und lateral zwischen den mindestens zwei Transistorzellen (130) angeordnet ist.
  5. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterkörper (10) ein erstes Rückseitenemittergebiet (105), das in elektrischem Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur (12) angeordnet ist und vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist, umfasst.
  6. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach Anspruch 5, wobei die mindestens eine Transistorzelle (130) mindestens einen ersten gemeinsamen lateralen Erstreckungsbereich (LX1) mit dem ersten Rückseitenemittergebiet (105) aufweist.
  7. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterkörper (10) ein zweites Rückseitenemittergebiet (106) umfasst, das in elektrischem Kontakt mit der zweiten Lastanschlussstruktur (12) angeordnet ist und vom ersten Leitfähigkeitstyp ist.
  8. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach Anspruch 7, wobei das Diodenemittergebiet (102) wenigstens einen zweiten lateralen Erstreckungsbereich (LX2) mit dem zweiten Rückseitenemittergebiet (106) aufweist.
  9. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich eine laterale Erstreckung (W1) des Diodenemittergebiets (102) auf mindestens das 3-Fache einer lateralen Erstreckung (W2) der mindestens einen Transistorzelle (130) beläuft.
  10. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Diodenemittergebiet (102) ein zweites Anschlussgebiet (1020) umfasst, das in Kontakt mit der ersten Lastanschlussstruktur (11) angeordnet ist, wobei eine Dotierstoffkonzentration vom zweiten Leitfähigkeitstyp im zweiten Anschlussgebiet (1020) um mindestens einen Faktor von 10 höher als eine Dotierstoffkonzentration vom zweiten Leitfähigkeitstyp im verbleibenden Abschnitt des Diodenemittergebiets (102) ist.
  11. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Transistorshortgebiet (107) lateral angrenzend an und in Kontakt mit einem Graben (131) der mindestens einen Transistorzelle (130) angeordnet ist.
  12. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach Anspruch 11, wobei das Transistorshortgebiet (107) durch mindestens zwei Gräben (131) lateral begrenzt wird, wobei ein lateraler Abstand der Gräben (131) kleiner als eine Tiefe mindestens eines der Gräben (131) ist.
  13. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Abschnitt des Trennungsgebiets (109) lateral angrenzend an und in Kontakt mit einem Graben (131) angeordnet ist.
  14. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach Anspruch 13, wobei sich das Trennungsgebiet (109) mindestens so tief wie die Hälfte einer Tiefe des Grabens (131) im Halbleiterkörper (10) erstreckt.
  15. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Abschnitt des Diodenemittergebiets (102) lateral angrenzend an und in Kontakt mit einem Graben (131) angeordnet ist, wobei der Graben (131) eine Elektrode (1310) umfasst.
  16. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach Anspruch 15, wobei die Elektrode (1310) mit der ersten Lastanschlussstruktur (11) elektrisch verbunden ist.
  17. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterkörper (10) ferner ein Kontaktgebiet (1014) umfasst, das in Kontakt sowohl mit der ersten Lastanschlussstruktur (11) als auch dem Transistorshortgebiet (107) angeordnet ist, wobei das Kontaktgebiet (1014) vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist.
  18. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Leistungshalbleiterbauelement (1) ein Rückwärtsstromvermögen hat.
  19. Rückwärtsleitender IGBT (1), der einen Halbleiterkörper (10) und mehrere zumindest teilweise darin implementierte Transistorzellen (130) aufweist, wobei der rückwärtsleitende IGBT (1) ferner in dem Halbleiterkörper (10) und außerhalb der Transistorzellen (130) Folgendes umfasst: - ein Transistorshortgebiet (107), das von einem ersten Leitfähigkeitstyp ist und an einen Emitteranschluss (11) des rückwärtsleitenden IGBTs (1) angekoppelt ist, wobei ein Übergang zwischen dem Transistorshortgebiet (107) und dem Emitteranschluss (11) einen Schottky-Kontakt (108) bildet; - ein Trennungsgebiet (109), das das Transistorshortgebiet (107) von einem Driftgebiet (100) des rückwärtsleitenden IGBTs (1) trennt, wobei das Trennungsgebiet (109) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp ist, der komplementär zu dem ersten Leitfähigkeitstyp ist, und das Driftgebiet (100) vom ersten Leitfähigkeitstyp ist; und - ein Diodenemittergebiet (102) vom zweiten Leitfähigkeitstyp, wobei das Diodenemittergebiet (102) außerhalb der mindestens einen Transistorzelle (130) angeordnet ist und mit der ersten Lastanschlussstruktur (11) elektrisch verbunden ist, wobei ein Übergang zwischen dem Diodenemittergebiet (102) und dem Driftgebiet (100) einen pn-Übergang (103) bildet.
  20. Verfahren zur Verarbeitung eines Leistungshalbleiterbauelements, das Folgendes umfasst: - Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (10) mit einer Vorderseite (10-1) und einer Rückseite (10-1); - Bereitstellen eines Driftgebiets (100), das von einem ersten Leitfähigkeitstyp ist, in dem Halbleiterkörper (10); - Erzeugen mindestens einer Transistorzelle (130) auf der Vorderseite (10-1), wobei die Transistorzelle zumindest teilweise in dem Halbleiterkörper (10) enthalten ist und mit dem Driftgebiet (100) elektrisch verbunden ist; - Erzeugen in dem Halbleiterkörper (10): - eines Transistorshortgebiets (107), das auf der Vorderseite (10-1) angeordnet ist und vom ersten Leitfähigkeitstyp ist; - eines Trennungsgebiets (109), das das Transistorshortgebiet (107) von dem Driftgebiet (100) trennt und von einem zweiten Leitfähigkeitstyp ist, der komplementär zu dem ersten Leitfähigkeitstyp ist; und - eines Diodenemittergebiets (102) vom zweiten Leitfähigkeitstyp, wobei das Diodenemittergebiet (102) außerhalb der mindestens einen Transistorzelle (130) angeordnet ist, und wobei ein Übergang zwischen dem Diodenemittergebiet (102) und dem Driftgebiet (100) einen pn-Übergang (103) bildet; und - Erzeugen einer ersten Lastanschlussstruktur (11) auf der Vorderseite (10-1), derart, dass die erste Lastanschlussstruktur (11) mit der mindestens einen Transistorzelle (130) und dem Diodenemittergebiet (102) elektrisch verbunden ist und ein Schottky-Kontakt (108) an einem Übergang zwischen dem Transistorshortgebiet (107) und der ersten Lastanschlussstruktur (11) gebildet wird.
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