DE102017130092A1 - IGBT mit vollständig verarmbaren n- und p-Kanalgebieten - Google Patents

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Thomas Kuenzig
Anton Mauder
Franz-Josef Niedernostheide
Christian Philipp Sandow
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    • H01L29/66234—Bipolar junction transistors [BJT]
    • H01L29/66325—Bipolar junction transistors [BJT] controlled by field-effect, e.g. insulated gate bipolar transistors [IGBT]
    • H01L29/66333—Vertical insulated gate bipolar transistors
    • H01L29/66348—Vertical insulated gate bipolar transistors with a recessed gate

Abstract

Eine Leistungshalbleitervorrichtung (1) weist einen Halbleiterkörper (10) auf, der mit einer ersten Lastanschlussstruktur (11) und einer zweiten Lastanschlussstruktur (12) gekoppelt ist, wobei der Halbleiterkörper (10) dazu konfiguriert ist, einen Laststrom (15) zu leiten, und ein Driftgebiet (100) eines ersten Leitfähigkeitstyps umfasst, wobei die Leistungshalbleitervorrichtung (1) mehrere Zellen (14) umfasst. Jede Zelle (14) umfasst Folgendes: eine erste Mesa (101), die in einem ersten Zellenteil (141) enthalten ist, wobei die erste Mesa (101) Folgendes beinhaltet: ein erstes Anschlussgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps (1011), das elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur (11) gekoppelt ist, und ein erstes Kanalgebiet (1012), das mit dem Driftgebiet (100) gekoppelt ist, wobei die erste Mesa (101) eine Gesamtausdehnung (DX13) von weniger als 100 nm in einer lateralen Richtung (X) senkrecht zu einer vertikalen Richtung (Z) des Laststromteils (151) innerhalb der ersten Mesa (101) aufweist; eine zweite Mesa (102), die in einem zweiten Zellenteil (142) enthalten ist, wobei die zweite Mesa (102) Folgendes beinhaltet: ein zweites Anschlussgebiet eines zweiten Leitfähigkeitstyps (1021), und das elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur (11) verbunden ist, und ein zweites Kanalgebiet (1022), das mit dem Driftgebiet (100) gekoppelt ist; eine Grabenstruktur (17), die eine Steuerelektrodenstruktur (131) zum Steuern des Laststroms wenigstens mittels eines Inversionskanals in dem ersten Kanalgebiet (1012) beinhaltet; eine Führungszone (1023) des zweiten Leitfähigkeitstyps, die unterhalb des zweiten Kanalgebiets (1022) angeordnet ist, während sie räumlich von sowohl dem ersten als auch dem zweiten Kanalgebiet (1012, 1022) entlang der vertikalen Richtung (Z) beabstandet ist, wobei die Führungszone (1023) lateral mit der zweiten Mesa (102) überlappt und sich lateral zu der ersten Mesa (101) hin erstreckt, während sie lateral nicht mit dieser überlappt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Beschreibung bezieht sich auf Ausführungsformen einer Leistungshalbleitervorrichtung und auf Ausführungsformen eines Verfahrens zum Verarbeiten einer Leistungshalbleitervorrichtung. Insbesondere bezieht sich diese Beschreibung auf Ausführungsformen eines IGBT mit vollständig verarmbaren n- und p-Kanalgebieten und auf Ausführungsformen eines entsprechenden V erarbeitu ngsverfahrens.
  • HINTERGRUND
  • Viele Funktionen moderner Vorrichtungen in Automobil-, Verbraucher- und Industrie-Anwendungen, wie etwa das Umwandeln elektrischer Energie und Antreiben eines Elektromotors oder einer Elektromaschine, hängen von Halbleitervorrichtungen ab. Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs), Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) und Dioden, um nur einige zu nennen, werden zum Beispiel für verschiedenste Anwendungen verwendet, einschließlich unter anderem für Schalter in Stromversorgungen und Leistungswandlern.
  • Es ist ein allgemeines Ziel, Verluste niedrig zu halten, die bei Halbleitervorrichtungen auftreten, wobei die Verluste im Wesentlichen durch Leitungsverluste und/oder Schaltverluste verursacht werden.
  • Zum Beispiel umfasst eine Leistungshalbleitervorrichtung mehrere MOS-Steuerköpfe, wobei jeder Steuerkopf wenigstens eine Steuerelektrode und ein Source-Gebiet und ein Kanal-Gebiet, das an dieses angrenzend angeordnet ist, aufweisen kann.
  • Um die Leistungshalbleitervorrichtung in einen leitenden Zustand zu setzen, während dessen ein Laststrom in einer Vorwärtsrichtung geleitet werden kann, kann die Steuerelektrode mit einem Steuersignal versorgt werden, das eine Spannung innerhalb eines ersten Bereichs aufweist, so dass ein Laststrompfad innerhalb des Kanalgebiets induziert wird.
  • Um die Leistungshalbleitervorrichtung in einen Sperrzustand zu setzen, während dessen eine Vorwärtsspannung, die an Lastanschlüsse der Halbleitervorrichtung angelegt wird, gesperrt werden kann und ein Fluss des Laststroms in der Vorwärtsrichtung verhindert wird, kann die Steuerelektrode mit dem Steuersignal versorgt werden, das eine Spannung innerhalb eines zweiten Bereichs aufweist, der von dem ersten Bereich verschieden ist, so dass der Laststrompfad in dem Kanalgebiet abgeschnitten wird. Dann kann die Vorwärtsspannung ein Verarmungsgebiet bei einem Übergang induzieren, der durch einen Wechsel zwischen dem Kanalgebiet und einem Driftgebiet der Leistungshalbleitervorrichtung gebildet wird, wobei das Verarmungsgebiet auch als „Raumladungsgebiet“ bezeichnet wird und sich hauptsächlich in das Driftgebiet der Halbleitervorrichtung erstrecken kann. In diesem Zusammenhang wird das Kanalgebiet häufig auch als ein „Körpergebiet“ bezeichnet, in dem der Laststrompfad, z. B. ein Inversionskanal, durch das Steuersignal induziert werden kann, um die Halbleitervorrichtung in den leitenden Zustand zu setzen. Ohne den Laststrompfad in dem Kanalgebiet kann das Kanalgebiet einen Sperrübergang mit dem Driftgebiet bilden.
  • Um Verluste der Leistungshalbleitervorrichtung niedrig zu halten, muss eine Ladungsträgerdichte innerhalb eines Halbleiterkörpers der Leistungshalbleitervorrichtung möglicherweise auf eine angemessene Weise gesteuert werden.
  • Ferner können, obwohl hohe Schaltgeschwindigkeiten geringe Verluste ergeben können, manche Anwendungen erfordern, dass die Rate einer Änderung des Laststroms und/oder der Spannung mit der Zeit innerhalb der Leistungshalbleitervorrichtung, wie etwa eine Rate einer Änderung der Spannung während eines Einschalt- oder Ausschaltvorgangs (auch als „dU/dt“ bzw. „dV/dt“ bezeichnet), ein vorbestimmtes Maximum nicht überschreitet.
  • Daher ist es möglicherweise wünschenswert, eine Leistungshalbleitervorrichtung bereitzustellen, die niedrige Leitungsverluste und niedrige Schaltverluste und zu der Zeit eine einfache Steuerbarkeit bereitstellt, so dass sichergestellt wird, dass eine Rate einer Änderung der Spannung während eines Einschaltvorgangs oder eines Ausschaltvorgangs ein vorbestimmtes Maximum nicht überschreitet.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Gemäß einer Ausführungsform weist eine Leistungshalbleitervorrichtung einen Halbleiterkörper auf, der mit einer ersten Lastanschlussstruktur und einer zweiten Lastanschlussstruktur gekoppelt ist, wobei der Halbleiterkörper dazu konfiguriert ist, einen Laststrom zu leiten, und ein Driftgebiet eines ersten Leitfähigkeitstyps umfasst, wobei die Leistungshalbleitervorrichtung mehrere Zellen umfasst. Jede Zelle umfasst Folgendes: eine erste Mesa, die in einem ersten Zellenteil enthalten ist, wobei die erste Mesa Folgendes beinhaltet: ein erstes Anschlussgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps, das elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur verbunden ist, und ein erstes Kanalgebiet, das mit dem Driftgebiet gekoppelt ist, wobei die erste Mesa eine gesamte Ausdehnung von weniger als 100 nm in einer lateralen Richtung senkrecht zu einer vertikalen Richtung des Laststromteils innerhalb der ersten Mesa aufweist; eine zweite Mesa, die in einem zweiten Zellenteil enthalten ist, wobei die zweite Mesa Folgendes beinhaltet: ein zweites Anschlussgebiet eines zweiten Leitfähigkeitstyps, und das elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur verbunden ist, und ein zweites Kanalgebiet, das mit dem Driftgebiet gekoppelt ist; eine Grabenstruktur, die eine Steuerelektrodenstruktur zum Steuern des Laststroms wenigstens mittels eines Inversionskanals in dem ersten Kanalgebiet beinhaltet; eine Führungszone des zweiten Leitfähigkeitstyps, die unterhalb des zweiten Kanalgebiets angeordnet ist, während sie räumlich von sowohl dem ersten als auch dem zweiten Kanalgebiet entlang der vertikalen Richtung verschoben ist, wobei die Führungszone lateral mit der zweiten Mesa überlappt und sich lateral zu der ersten Mesa hin erstreckt, während sie lateral nicht mit dieser überlappt.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform weist eine Leistungshalbleitervorrichtung einen Halbleiterkörper auf, der mit einer ersten Lastanschlussstruktur und einer zweiten Lastanschlussstruktur gekoppelt ist, wobei der Halbleiterkörper dazu konfiguriert ist, einen Laststrom zu leiten, und ein Driftgebiet eines ersten Leitfähigkeitstyps umfasst, wobei die Leistungshalbleitervorrichtung mehrere Zellen umfasst. Jede Zelle umfasst Folgendes: eine erste Mesa, die in einem ersten Zellenteil enthalten ist, wobei die erste Mesa Folgendes beinhaltet: ein erstes Anschlussgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps, das elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur verbunden ist, und ein erstes Kanalgebiet, das mit dem Driftgebiet gekoppelt ist; eine zweite Mesa, die in einem zweiten Zellenteil enthalten ist, wobei die zweite Mesa Folgendes beinhaltet: ein zweites Anschlussgebiet eines zweiten Leitfähigkeitstyps, und das elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur verbunden ist, und ein zweites Kanalgebiet, das mit dem Driftgebiet gekoppelt ist; eine Grabenstruktur, die eine Steuerelektrodenstruktur zum Steuern des Laststroms wenigstens mittels eines Inversionskanals in dem ersten Kanalgebiet beinhaltet; eine Führungszone des zweiten Leitfähigkeitstyps, die unterhalb des zweiten Kanalgebiets angeordnet ist, wobei die Führungszone lateral mit der zweiten Mesa überlappt und sich lateral zu der ersten Mesa hin erstreckt, während sie lateral nicht mit dieser überlappt; eine Barrierezone des ersten Leitfähigkeitstyps, die zwischen der Führungszone und der Grabenstruktur angeordnet ist, wobei die Barrierezone eine Dotierungsstoffkonzentration wenigstens zweimal so groß wie die Dotierungsstoffkonzentration des Driftgebiets aufweist.
  • Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Verarbeiten einer Leistungshalbleitervorrichtung präsentiert. Die Leistungshalbleitervorrichtung weist einen Halbleiterkörper auf, der mit einer ersten Lastanschlussstruktur und einer zweiten Lastanschlussstruktur gekoppelt ist, wobei der Halbleiterkörper dazu konfiguriert ist, einen Laststrom zu leiten, und ein Driftgebiet eines ersten Leitfähigkeitstyps umfasst, wobei die Leistungshalbleitervorrichtung mehrere Zellen umfasst. Jede Zelle umfasst Folgendes: eine erste Mesa, die in einem ersten Zellenteil enthalten ist, wobei die erste Mesa Folgendes beinhaltet: ein erstes Anschlussgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps, das elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur verbunden ist, und ein erstes Kanalgebiet, das mit dem Driftgebiet gekoppelt ist; eine zweite Mesa, die in einem zweiten Zellenteil enthalten ist, wobei die zweite Mesa Folgendes beinhaltet: ein zweites Anschlussgebiet eines zweiten Leitfähigkeitstyps, und das elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur verbunden ist, und ein zweites Kanalgebiet, das mit dem Driftgebiet gekoppelt ist; eine Grabenstruktur, die eine Steuerelektrodenstruktur zum Steuern des Laststroms wenigstens mittels eines Inversionskanals in dem ersten Kanalgebiet beinhaltet. Das Verfahren umfasst wenigstens eines von Folgendem:
    1. a) Bereitstellen der ersten Mesa mit einer gesamten Ausdehnung von weniger als 100 nm in einer lateralen Richtung senkrecht zu einer vertikalen Richtung des Laststromteils innerhalb der ersten Mesa; und Bereitstellen einer Führungszone des zweiten Leitfähigkeitstyps, die unterhalb des zweiten Kanalgebiets angeordnet ist, während sie räumlich von sowohl dem ersten als auch dem zweiten Kanalgebiet entlang der vertikalen Richtung verschoben ist, wobei die Führungszone lateral mit der zweiten Mesa überlappt und sich lateral zu der ersten Mesa hin erstreckt, während sie lateral nicht mit dieser überlappt;
    2. b) Bereitstellen einer Führungszone des zweiten Leitfähigkeitstyps, die unterhalb des zweiten Kanalgebiets angeordnet ist, wobei die Führungszone lateral mit der zweiten Mesa überlappt und sich lateral zu der ersten Mesa hin erstreckt, während sie lateral nicht mit dieser überlappt; und Bereitstellen einer Barrierezone des ersten Leitfähigkeitstyps, die zwischen der Führungszone und der Grabenstruktur angeordnet ist, wobei die Barrierezone eine Dotierungsstoffkonzentration wenigstens zweimal so groß wie die Dotierungsstoffkonzentration des Driftgebiets aufweist.
  • Zusätzliche Merkmale und Vorteile werden für einen Fachmann bei der Lektüre der folgenden ausführlichen Beschreibung und bei der Betrachtung der begleitenden Zeichnungen ersichtlich.
  • Figurenliste
  • Die Teile in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, stattdessen wird Wert auf die Veranschaulichung von Prinzipien der Erfindung gelegt. Zudem bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile. In den Zeichnungen gilt:
    • 1A-B veranschaulichen jeweils schematisch einen Abschnitt einer horizontalen Projektion einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß manchen Ausführungsformen;
    • 2A-B veranschaulichen jeweils schematisch einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 3A-B veranschaulichen jeweils schematisch einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 4 veranschaulicht schematisch eine Verteilung einer Ladungsträgerkonzentration in einem Halbleiterkörper einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 5A veranschaulicht schematisch einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 5B-C veranschaulichen jeweils schematisch einen Abschnitt einer horizontalen Projektion einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß manchen Ausführungsformen;
    • 6 veranschaulicht schematisch einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 7A-B veranschaulichen jeweils schematisch einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß manchen Ausführungsformen;
    • 8A-D veranschaulichen jeweils schematisch einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß manchen Ausführungsformen; und
    • 9-17 veranschaulichen jeweils schematisch einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß manchen Ausführungsformen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen als Veranschaulichung spezielle Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann.
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen als Veranschaulichung spezielle Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann.
  • In dieser Hinsicht kann Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „unterhalb“, „vor“, „hinter“, „rück“, „anführend“, „anhängend“, „über“ usw. unter Bezugnahme auf die Orientierung der beschriebenen Figuren verwendet werden. Weil Teile von Ausführungsformen in einer Reihe verschiedener Orientierungen positioniert sein können, wird die Richtungsterminologie zu Zwecken der Veranschaulichung verwendet und ist in keiner Weise beschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinn zu verstehen und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die beiliegenden Ansprüche definiert.
  • Es wird nun ausführlich auf unterschiedliche Ausführungsformen Bezug genommen, von welchen ein oder mehrere Beispiele in den Figuren veranschaulicht sind. Jedes Beispiel wird als Erklärung bereitgestellt und soll die Erfindung nicht beschränken. Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben werden, können beispielsweise auf andere Ausführungsformen angewandt oder mit diesen kombiniert verwendet werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu erhalten. Die vorliegende Erfindung soll solche Modifikationen und Variationen einschließen. Die Beispiele werden unter Gebrauch einer speziellen Sprache beschrieben, die nicht als den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche beschränkend ausgelegt werden soll. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich veranschaulichenden Zwecken. Zum Zwecke der Klarheit wurden in den verschiedenen Zeichnungen die gleichen Elemente oder Herstellungsschritte mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, sofern nichts anderes angegeben ist.
  • Der Begriff „horizontal“, wie er in dieser Spezifikation verwendet wird, kann eine Ausrichtung im Wesentlichen parallel zu einer horizontalen Oberfläche eines Halbleitersubstrats oder eines Halbleitergebiets, wie etwa des unten genannten Halbleiterkörpers, beschreiben. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Halbleiterwafers oder eines Dies sein. Sowohl die erste laterale Richtung X als auch die zweite laterale Richtung Y, die unten erwähnt sind, können beispielsweise horizontale Richtungen sein, wobei die erste laterale Richtung X und die zweite laterale Richtung Y senkrecht zueinander stehen können.
  • Der Begriff „vertikal“, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, kann eine Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der horizontalen Oberfläche ausgerichtet ist, d. h. parallel zu der Normalen der Oberfläche des Halbleiterwafers. Die unten erwähnte Ausdehnungsrichtung Z kann zum Beispiel eine vertikale Richtung sein, die sowohl zur ersten lateralen Richtung X als auch zur zweiten lateralen Richtung Y senkrecht steht. Daher wird die Ausdehnungsrichtung Z hier auch als vertikale Richtung Z bezeichnet.
  • Jedoch versteht es sich, dass die Ausführungsformen von unten beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtungen eine laterale Konfiguration oder eine vertikale Konfiguration aufweisen können.
  • In dieser Beschreibung wird n-dotiert als ein „erster Leitfähigkeitstyp“ bezeichnet, wohingegen p-dotiert als ein „zweiter Leitfähigkeitstyp“ bezeichnet wird. Alternativ dazu können umgekehrte Dotierungsbeziehungen eingesetzt werden, so dass der erste Leitfähigkeitstyp p-dotiert und der zweite Leitfähigkeitstyp n-dotiert sein kann.
  • Ferner kann der Ausdruck „Dotierungsstoffkonzentration“ innerhalb dieser Beschreibung auf eine durchschnittliche Dotierungsstoffkonzentration bzw. auf eine mittlere Dotierungsstoffkonzentration oder auf eine Flächenladungsträgerkonzentration eines/einer speziellen Halbleitergebiets/-zone/-abschnitts/-schicht verweisen. Demnach kann z. B. eine Aussage, dass ein spezielles Halbleitergebiet eine bestimmte Dotierungsstoffkonzentration aufweist, die vergleichsweise höher oder niedriger als eine Dotierungsstoffkonzentration eines anderen Halbleitergebiets ist, angeben, dass sich die entsprechenden mittleren Dotierungsstoffkonzentrationen der Halbleitergebiete voneinander unterscheiden.
  • In dem Zusammenhang der vorliegenden Beschreibung sollen die Ausdrücke „in ohmschem Kontakt“, „in elektrischem Kontakt“, „in ohmscher Verbindung“ und „elektrisch verbunden“ beschreiben, dass eine niederohmige elektrische Verbindung oder ein niederohmiger Strompfad zwischen zwei Gebieten, Abschnitten, Zonen, Anteilen oder Teilen einer Halbleitervorrichtung oder zwischen verschiedenen Anschlüssen einer oder mehrerer Vorrichtungen oder zwischen einem Anschluss oder einer Metallisierung oder einer Elektrode und einem Anteil oder einem Teil einer Halbleitervorrichtung vorliegt. Ferner soll der Ausdruck „in Kontakt“ in dem Zusammenhang der vorliegenden Beschreibung beschreiben, dass eine direkte physische Verbindung zwischen zwei Elementen der entsprechenden Halbleitervorrichtung vorliegt; z. B. beinhaltet ein Übergang zwischen zwei miteinander in Kontakt stehenden Elementen möglicherweise kein weiteres Zwischenelement oder dergleichen.
  • Der Ausdruck „Leistungshalbleitervorrichtung“, wie in dieser Beschreibung verwendet, soll eine Halbleitervorrichtung auf einem einzigen Chip mit hohen Spannungssperr- und/oder hohen Stromführungsfähigkeiten beschreiben. Mit anderen Worten ist eine derartige Leistungshalbleitervorrichtung für einen hohen Laststrom, typischerweise im Ampere-Bereich, z. B. von bis zu mehreren zehn oder hundert Ampere, und/oder für hohe Spannungen, typischerweise von über 5 V, oder über 15 V oder noch typischer 400 V und z. B. von bis zu einigen 1000 Volt, konfiguriert.
  • Zum Beispiel bezieht sich der Ausdruck „Leistungshalbleitervorrichtung“, wie in dieser Beschreibung verwendet, nicht auf logische Halbleitervorrichtungen, die z. B. zum Speichern von Daten, Berechnen von Daten und/oder andere Arten von halbleiterbasierter Datenverarbeitung verwendet werden.
  • Spezielle in dieser Beschreibung beschriebene Ausführungsformen betreffen dementsprechend unter anderem eine Leistungshalbleitervorrichtung (nachfolgend auch einfach als „Halbleitervorrichtung“ oder „Vorrichtung“ bezeichnet), die innerhalb eines Leistungswandlers oder einer Leistungsversorgung verwendet werden kann, z. B. zum Umwandeln eines ersten Leistungssignals in ein zweites Leistungssignal, das von dem ersten Leistungssignal verschieden ist. Beispielsweise kann die Leistungshalbleitervorrichtung zu diesem Zweck eine oder mehrere Leistungshalbleiterzellen umfassen, wie etwa eine monolithisch integrierte Transistorzelle, eine monolithisch integrierte Diodenzelle und/oder eine monolithisch integrierte IGBT-Zelle und/oder eine monolithisch integrierte MOS-Gated-Diode(MGD)-Zelle und/oder eine monolithisch integrierte MOSFET-Zelle und/oder Ableitungen davon. Solche Diodenzellen und/oder solche Transistorzellen können in einem Halbleiterchip integriert sein, wobei eine Anzahl solcher Chips in einem Leistungshalbleitermodul, wie etwa einem IGBT-Modul, integriert sein können.
  • Gemäß allen hier beschriebenen Ausführungsformen kann die Leistungshalbleitervorrichtung eine IGBT-Konfiguration aufweisen.
  • 1A veranschaulicht einen Abschnitt einer horizontalen Projektion einer Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen schematisch und beispielhaft. Auch 1B veranschaulicht einen Abschnitt einer horizontalen Projektion einer Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß einer oder mehreren anderen Ausführungsformen schematisch und beispielhaft. Sowohl in 1A als auch 1B kann die horizontale Projektion parallel zu der Ebene sein, die durch die erste laterale Richtung X und die zweite laterale Richtung Y definiert ist. Die Komponenten der Halbleitervorrichtung 1 können sich jeweils entlang der Ausdehnungsrichtung Zerstrecken, die senkrecht zu sowohl der ersten lateralen Richtung X als auch der zweiten lateralen Richtung Y sein kann.
  • Die Halbleitervorrichtung 1 kann ein aktives Zellenfeld 16 umfassen, das eine oder mehrere aktive Zellen 14, z. B. MOS(Metal Oxide Semiconductor - Metall-Oxid-Halbleiter)-Zellen, beinhaltet, die in dem Folgenden einfach als „Zellen“ 14 bezeichnet werden. Die Anzahl an Zellen 14 ist größer als z. B. einhundert oder sogar größer als eintausend oder mehr. Zum Beispiel kann die Halbleitervorrichtung 1 das aktive Zellenfeld 16 mit einer Zellenfeldfläche von 1 mm * 1 mm oder mehr umfassen und können z. B. etwa 200 bis 1000 Zellen 14 innerhalb einer solchen Zellenfeldfläche, z. B. mit einem Zellenrastermaß von 1 bis 5 µm, enthalten sein. Das aktive Zellenfeld 16 kann dazu konfiguriert sein, einen gesamten Laststrom zu leiten, wobei der gesamte Laststrom größer als 1 A, größer als 10 A oder sogar größer als 100 A sein kann. Im Folgenden wird der gesamte Laststrom auch einfach als „Laststrom“ bezeichnet.
  • Das aktive Zellenfeld 16 kann durch eine Randabschlusszone 18 der Halbleitervorrichtung 1 umgeben sein. Zum Beispiel beinhaltet die Randabschlusszone 18 keinerlei aktive Zellen. Die Randabschlusszone 18 kann durch einen Rand 19 abgeschlossen werden, der durch z. B. Zerteilen eines Chips aus einem Wafer heraus entstanden sein kann.
  • Ferner können das aktive Zellenfeld 16 bzw. das aktive Zellenfeld 16 und die Randabschlusszone 18 dazu konfiguriert sein, eine Spannung von wenigstens 20 V, von wenigstens 100 V, von wenigstens 400 V oder von wenigstens 1000 V zu sperren.
  • Wie schematisch in 1A veranschaulicht, können die Zellen 14 eine Streifenkonfiguration aufweisen. Entsprechend können sich jede der Zellen 14 und wenigstens manche der Komponenten, die sie umfassen können, entlang im Wesentlichen des gesamten aktiven Zellenfeldes 16 entlang der ersten lateralen Richtung X oder der zweiten lateralen Richtung Y (wie veranschaulicht) erstrecken, wobei z. B. ein Übergangsgebiet zwischen dem aktiven Zellenfeld 16 und der Randabschlusszone 18 eingegrenzt wird.
  • Bei einer anderen Ausführungsform, die schematisch in 1B veranschaulicht ist, können die Zellen 14 eine Nadelkonfiguration (auch als „säulenartige Konfiguration“ bezeichnet) aufweisen, deren gesamte laterale Ausdehnungen entlang sowohl der ersten lateralen Richtung X als auch der zweiten lateralen Richtung Y lediglich einen Bruchteil der gesamten lateralen Ausdehnungen entlang der ersten lateralen Richtung X und der zweiten lateralen Richtung Y des aktiven Zellenfeldes 16 betragen. Zum Beispiel beträgt die gesamte laterale Ausdehnung einer jeweiligen Nadelzelle weniger als 1 % der gesamten Ausdehnung des aktiven Zellenfeldes 16 entlang der ersten lateralen Richtung X oder der zweiten lateralen Richtung Y. Ferner werden optionale Aspekte einer Nadelzelle und einer Streifenzelle weiter unten erklärt.
  • Bei einer anderen Ausführungsform kann das aktive Zellenfeld 16 beide Typen von Zellen 14 umfassen, z. B. eine oder mehrere Zellen 14 mit einer Streifenkonfiguration und eine oder mehrere Zellen 14 mit einer Nadelkonfiguration oder z. B. eine oder mehrere Zellen 14 mit Streifenkonfigurationen mit unterschiedlichen Abmessungen in der zweiten lateralen Richtung Y.
  • Sowohl das aktive Zellenfeld 16 als auch die Randabschlusszone 18 können wenigstens teilweise innerhalb eines gemeinsamen Halbleiterkörpers 10 der Vorrichtung 1 gebildet sein. Der Halbleiterkörper 10 kann dazu konfiguriert sein, den gesamten Laststrom zu führen, der z. B. mittels der Zellen 14 gesteuert werden kann, wie unten ausführlicher beschrieben wird.
  • Bei einer Ausführungsform ist die Halbleitervorrichtung 1 eine Bipolarleistungshalbleitervorrichtung 1. Dementsprechend kann der gesamte Laststrom innerhalb des Halbleiterkörpers 10 durch einen ersten Laststrom, der durch erste Ladungsträger des ersten Leitfähigkeitstyps gebildet wird, und durch einen zweiten Laststrom, der durch zweite Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps komplementär zu dem ersten Leitfähigkeitstyp gebildet wird, dargestellt werden. Zum Beispiel sind die ersten Ladungsträger Elektronen und sind die zweiten Ladungsträger Löcher.
  • Nunmehr in Bezug auf 2A, die einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts der Halbleitervorrichtung 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen schematisch und beispielhaft veranschaulicht, kann die Halbleitervorrichtung 1 ferner eine erste Lastanschlussstruktur 11 und eine zweiten Lastanschlussstruktur 12 umfassen. Zum Beispiel ist die erste Lastanschlussstruktur 11 getrennt von der zweiten Lastanschlussstruktur 12 angeordnet. Der Halbleiterkörper 10 kann mit sowohl der ersten Lastanschlussstruktur 11 als auch der zweiten Lastanschlussstruktur 12 gekoppelt sein und kann dazu konfiguriert sein, den gesamten Laststrom 15 (auch als „Laststrom“ bezeichnet) über die erste Lastanschlussstruktur 11 zu empfangen und den gesamten Laststrom 15 über die zweite Lastanschlussstruktur 12 auszugeben und/oder umgekehrt.
  • Die Halbleitervorrichtung 1 kann einen vertikalen Aufbau aufweisen, gemäß dem zum Beispiel die erste Lastanschlussstruktur 11 auf einer Vorderseite der Halbleitervorrichtung 1 angeordnet ist und die zweite Lastanschlussstruktur 12 auf einer Rückseite der Halbleitervorrichtung 1 angeordnet ist. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Halbleitervorrichtung 1 einen lateralen Aufbau aufweisen, gemäß dem z. B. sowohl die erste Lastanschlussstruktur 11 als auch die zweite Lastanschlussstruktur 12 auf derselben Seite der Halbleitervorrichtung 1 angeordnet sind.
  • Zum Beispiel umfasst die erste Lastanschlussstruktur 11 eine erste Metallisierung, z. B. eine Vorderseitenmetallisierung, und kann die zweite Lastanschlussstruktur 12 eine zweite Metallisierung, z. B. eine Rückseitenmetallisierung, umfassen. Ferner können die erste Lastanschlussstruktur 11 und/oder die zweite Lastanschlussstruktur eine (nicht veranschaulichte) Diffusionsbarriere umfassen.
  • Innerhalb der vorliegenden Beschreibung ist die Richtung des gesamten Laststroms 15 auf die herkömmliche Weise ausgedrückt, d. h. als eine Flussrichtung von positiven Ladungsträgern, wie etwa Löchern, und/oder als eine Richtung entgegengesetzt zu einem Fluss von negativen Ladungsträgern, wie etwa Elektronen. Eine Vorwärtsrichtung des gesamten Laststroms 15 kann zum Beispiel von der zweiten Lastanschlussstruktur 12 zu der ersten Lastanschlussstruktur 11 zeigen.
  • Wie oben erklärt wurde, kann der gesamte Laststrom 15 eine Bewegung von Ladungsträgern des ersten Leitfähigkeitstyps, z. B. eine Elektronenbewegung oder einen Elektronenstrom, und eine Bewegung von Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps, z. B. eine Lochbewegung oder einen Lochstrom, umfassen. Dementsprechend kann die Bewegungsrichtung der Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps parallel zu der technischen (herkömmlichen) Richtung des gesamten Laststroms 15 sein, wohingegen die Bewegungsrichtung der Ladungsträger des ersten Leitfähigkeitstyps antiparallel zu der Richtung des Laststroms 15 sein kann. Die Summe einer Ladungsbewegung des ersten Leitfähigkeitstyps und des zweiten Leitfähigkeitstyps kann den gesamten Laststrom 15 bilden, der von dem Halbleiterkörper 10 geleitet wird.
  • Ein erster Ladungsträger des ersten Leitfähigkeitstyps, z. B. ein Elektron, der sich von der ersten Lastanschlussstruktur 11 zu der zweiten Lastanschlussstruktur 12 bewegt oder umgekehrt, kann mit einem zweiten Ladungsträger des komplementären Typs, z. B des zweiten Leitfähigkeitstyps, z. B. einem Loch, auf seinem Weg durch den Halbleiterkörper 10 rekombinieren. Zum Beispiel kann in der Nähe der ersten Lastanschlussstruktur 11 der gesamte Laststrom 15 in der Vorwärtsrichtung größtenteils oder sogar vollständig aus einer Bewegung von Ladungsträgern des ersten Leitfähigkeitstyps (z. B. Elektronen) bestehen, die sich zu der zweiten Lastanschlussstruktur 12 hin bewegen, wohingegen in der Nähe der zweiten Lastanschlussstruktur 12 (vergleiche drittes Anschlussgebiet 104) der gesamte Laststrom 15 in der Vorwärtsrichtung größtenteils oder sogar vollständig aus einer Bewegung von Ladungsträgern eines zweiten Leitfähigkeitstyps (z. B. Löchern) bestehen kann, die sich zu der ersten Lastanschlussstruktur 11 hin bewegen. Die Elektronen und Löcher können innerhalb des Halbleiterkörpers 10 rekombinieren. Jedoch kann innerhalb eines Driftgebiets 100 des Halbleiterkörpers 10 im Wesentlichen keine oder nur eine geringe Rekombination gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen auftreten. Gemäß einer Ausführungsform beträgt eine ambipolare Lebensdauer des ersten und zweiten Ladungsträgertyps, d. h. die Zeit, bis die Dichte von Ladungsträgern auf einen Wert von 1/e ≈ 37% ihres anfänglichen Wertes reduziert ist, mehr als z. B. 1 µs, mehr als 10 µs, mehr als 30 µs oder mehr als 70 µs.
  • Ferner kann die Bewegung von Ladungsträgern des ersten Leitfähigkeitstyps eine erste Driftbewegung, z. B. eine Elektronendriftbewegung, und eine erste Diffusionsbewegung, z. B. eine Elektronendiffusionsbewegung, umfassen oder daraus bestehen. Vereinfacht wird die gesamte Bewegung von Ladungsträgern des ersten Leitfähigkeitstyps zu einem ersten Laststrom 151 führen.
  • Außerdem kann die Bewegung von Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps eine zweite Driftbewegung, z. B. eine Lochdriftbewegung, und eine zweite Diffusionsbewegung, z. B. eine Lochdiffusionsbewegung, umfassen oder daraus bestehen. In analoger Definition wird die gesamte Bewegung von Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps zu einem zweiten Laststrom 152 führen.
  • Dementsprechend kann in dem leitenden Zustand der Halbleitervorrichtung 1 der gesamte Laststrom 15 durch den Halbleiterkörper 10 geleitet werden, wobei bei jedem Querschnitt durch den Halbleiterkörper 10, der die erste Lastkontaktstruktur 11 von der zweiten Lastkontaktstruktur 12 trennt, der gesamte Laststrom 15 aus dem ersten Laststrom 151, der durch den Querschnitt fließt und der ein Elektronenstrom sein kann, und den zweiten Laststrom 152, der durch den Querschnitt fließt und der ein Lochstrom sein kann, bestehen kann. Bei jedem Querschnitt kann die Summe von Beträgen des ersten Laststroms 151 und des zweiten Laststroms 152 gleich dem Betrag des gesamten Laststroms 15 sein, wobei die Querschnitte senkrecht zu der Richtung des gesamten Laststroms 15 sein können. Zum Beispiel kann der gesamte Laststrom 15 während des leitenden Zustands durch den ersten Laststrom 151 dominiert werden, d. h., der erste Laststrom 151 kann wesentlich größer als der zweite Laststrom 152 sein, z. B. mehr als 75 %, mehr als 80 % oder sogar mehr als 90 % des gesamten Laststroms betragen. Während eines Übergangs von dem Sperrzustand zu dem leitenden Zustand oder während eines Übergangs von dem leitenden Zustand zu dem Sperrzustand, d. h. während des Schaltens, kann der zweite Laststrom 152 einen höheren Anteil des gesamten Laststroms 15 repräsentieren, d. h., der zweite Laststrom 152 kann sogar größer als der erste Laststrom 151 sein.
  • Zum Steuern des gesamten Laststroms 15 kann die Halbleitervorrichtung 1 ferner eine Steuerelektrodenstruktur 13 umfassen. Zum Beispiel kann die Halbleitervorrichtung 1 dazu konfiguriert sein, mittels der Steuerelektrodenstruktur 13 in den Sperrzustand oder den leitenden Zustand gesetzt zu werden.
  • Bei einer Ausführungsform kann, um die Halbleitervorrichtung 1 in einen leitenden Zustand zu setzen, während dessen der gesamte Laststrom 15 in der Vorwärtsrichtung geleitet werden kann, die Steuerelektrodenstruktur 13 mit einem Steuersignal versorgt werden, das eine Spannung innerhalb eines ersten Bereichs aufweist. Um die Halbleitervorrichtung 1 in einen Sperrzustand zu setzen, während dessen eine Vorwärtsspannung gesperrt werden kann und ein Fluss des Laststroms 15 in der Vorwärtsrichtung vermieden wird, kann die Steuerelektrodenstruktur 13 mit dem Steuersignal versorgt werden, das eine Spannung innerhalb eines zweiten Bereichs aufweist, der von dem ersten Bereich verschieden ist.
  • Bei einer Ausführungsform kann das Steuersignal bereitgestellt werden, indem eine Spannung zwischen der Steuerelektrodenstruktur 13 und der ersten Lastanschlussstruktur 11 angelegt wird und/oder indem eine Spannung zwischen der Steuerelektrodenstruktur 13 und der zweiten Lastanschlussstruktur 12 bereitgestellt wird.
  • Zum Beispiel kann die Steuerelektrodenstruktur 13 wenigstens teilweise innerhalb der Zellen 14 implementiert werden, wie schematisch in 2A-3B veranschaulicht ist. Ferner können die Zellen 14 wenigstens teilweise innerhalb des Halbleiterkörpers 10 implementiert werden. Die Zellen 14 können einen Teil des Halbleiterkörpers 10 bilden.
  • Bei einer Ausführungsform können die Zellen 14 wenigstens einen ersten Zellenteil 141 und wenigstens einen zweiten Zellenteil 142 umfassen. Der zweite Zellenteil 142 kann unterschiedlich sein und getrennt von dem ersten Zellenteil 141 angeordnet sein.
  • Sowohl der erste Zellenteil 141 als auch der zweite Zellenteil 142 können elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 auf einer Seite verbunden sein und können elektrisch mit dem Halbleiterdriftgebiet 100 (hier auch einfach als „Driftgebiet“ bezeichnet) des Halbleiterkörpers 10 auf der anderen Seite gekoppelt sein.
  • Das Driftgebiet 100 ist ein Gebiet des ersten Leitfähigkeitstyps. Zum Beispiel zeigt das Driftgebiet 100 eine Konzentration von Dotierungsstoffen des ersten 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. Das Driftgebiet 100 kann ferner Dotierungsstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps umfassen. Zum Beispiel können die vergleichsweise hohen Dotierungsstoffkonzentrationen anwendbar sein, falls die Halbleitervorrichtung 1 eine Kompensationsstruktur (auch als Superjunction-Struktur bezeichnet) aufweist. In diesem Fall können lokal hohe Konzentrationen von Dotierungsstoffen des ersten und zweiten Leitfähigkeitstyps auftreten. Jedoch kann, wenn die erste und zweite Dotierungsstoffkonzentration in dem Driftgebiet 100 in z. B. einer horizontalen Ebene, z. B. im Wesentlichen parallel zu der ersten Lastanschlussstruktur 11 oder der zweiten Lastanschlussstruktur 12, integriert werden, die resultierende integrierte Dotierungsstoffkonzentration erheblich, z. B. wenigstens um einen Faktor von 3 oder einen Faktor von 5 oder einen Faktor von 10 als die größere der einzelnen Dotierungsstoffkonzentration des ersten und/oder zweiten Leitfähigkeitstyps, niedriger sein. Eine solche lokal hohe Dotierungsstoffkonzentration kann unterstützend zum Ableiten von Ladungsträgern aus dem Halbleiterkörper 10 sein, z. B. während des Ausschaltens, und kann dementsprechend zu reduzierten Ausschaltverlusten und/oder schnellerem Ausschalten führen.
  • Bei einer Ausführungsform ist der erste Zellenteil 141 dazu konfiguriert, den ersten Laststrom 151 zu steuern, und ist der zweite Zellenteil 142 dazu konfiguriert, den zweiten Laststrom 152 zu steuern. Zum Beispiel ist der erste Zellenteil 141 dazu konfiguriert, zu verhindern, dass der zweite Laststrom 152 den ersten Zellenteil 141 durchquert. Ferner kann der zweite Zellenteil 142 dazu konfiguriert sein, zu verhindern, dass der zweite Laststrom 152 den zweiten Zellenteil 152 durchquert, z. B. falls sich die Halbleitervorrichtung 1 in einem leitenden Zustand befindet.
  • Der erste Zellenteil 141 kann dementsprechend eine unipolare Zelle sein, die dazu konfiguriert ist, Ladungsträger des ersten Leitfähigkeitstyps zu steuern, und der zweite Zellenteil 142 kann eine unipolare Zelle sein, die dazu konfiguriert ist, Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps zu steuern.
  • Bei einer Ausführungsform kann die Halbleitervorrichtung 1 dazu konfiguriert sein, den gesamten Laststrom 15, der durch den Halbleiterkörper 10 geleitet wird, in den ersten Laststrom 151 und in den zweiten Laststrom 152 mittels des ersten Zellenteils 141 und des zweiten Zellenteils 142 zu teilen, die eine Grenzfläche zwischen der ersten Lastanschlussstruktur 11 und einem Teil des Halbleiterkörpers 10, z. B. dem Driftgebiet 100, bilden können. Dementsprechend kann in dem Pfad des gesamten Laststroms 15 zwischen dem Driftgebiet 100 des Halbleiterkörpers 10 und der ersten Lastanschlussstruktur 11 der erste Laststrom 151 den ersten Zellenteil 141 durchqueren, z. B. falls sich die Halbleitervorrichtung 1 in einem leitenden Zustand befindet, und kann, falls z. B. die Halbleitervorrichtung 1 von dem leitenden Zustand in den Sperrzustand geschaltet wird, der zweite Laststrom 152 den zweiten Zellenteil 142 durchqueren, wie unten ausführlicher beschrieben wird.
  • Mit Bezug auf 3A und 3B sollen beispielhafte Aspekte der Zellen 14 erklärt werden.
  • 3A und 3B veranschaulichen Abschnitte eines vertikalen Querschnitts der Halbleitervorrichtung 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen schematisch und beispielhaft. Die allgemeine Konfiguration der Halbleitervorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform aus 3A-B kann identisch mit oder ähnlich zu der allgemeinen Konfiguration der Halbleitervorrichtung 1 gemäß den Ausführungsformen aus 1A, 1B und 2A, 2B sein. Somit kann das, was oben mit Bezug auf die 1A bis 2B erwähnt wurde, gleichermaßen für die Ausführungsform aus 3A und 3B gelten, soweit nichts anderes angegeben wird.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst das Steuersignal, das an die Steuerelektrodenstruktur 13 geliefert wird, ein erstes Steuersignal und ein zweites Steuersignal. Das erste Steuersignal kann zum Steuern des ersten Zellenteils 141 bereitgestellt werden und das zweite Steuersignal kann zum Steuern des zweiten Zellenteils 142 bereitgestellt werden. Bei einer Ausführungsform ist das erste Steuersignal identisch mit dem zweiten Steuersignal. Bei 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 (nicht veranschaulichten) Treiber, der dazu konfiguriert ist, das erste Steuersignal und das zweite Steuersignal zu erzeugen. Bei einer anderen Ausführungsform können das erste Steuersignal und/oder das zweite Steuersignal durch ein internes Signal oder durch ein internes Potential der Halbleitervorrichtung 1 erzeugt oder bereitgestellt werden.
  • Die Steuerelektrodenstruktur 13 kann innerhalb einer Grabenstruktur 17 enthalten sein. Ferner kann die Steuerelektrodenstruktur 13 eine oder mehrere erste Steuerelektroden 131 und/oder eine oder mehrere zweite Steuerelektroden 132 umfassen. Zum Beispiel ist jede der einen oder mehreren ersten Steuerelektroden 131 und/oder der einen oder mehreren zweiten Steuerelektroden 132 eine Grabenelektrode, wie in 3A-B veranschaulicht ist.
  • Der erste Zellenteil 141 kann eine oder mehrere der ersten Steuerelektroden 131 umfassen, die dazu konfiguriert sein können, das erste Steuersignal zu empfangen. Die ersten Steuerelektroden 131 können mittels einer Isolationsstruktur 133 von dem Halbleiterkörper 10 isoliert sein. Die Isolationsstruktur 133 kann die Grabenstruktur 17 bilden.
  • Der zweite Zellenteil 142 kann eine oder mehrere der zweiten Steuerelektroden 132 umfassen, die dazu konfiguriert 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 können identisch mit dem Material und den Abmessungen der einen oder mehreren zweiten Steuerelektroden 132 oder verschieden davon sein.
  • Ferner versteht es sich bereits an diesem Punkt, dass die Steuerelektroden 131 und 132 im Gegensatz zu den beispielhaften schematischen Repräsentationen in 3A, 3B, 5A, 8A-D, 11, 13 und 17 auch in Kontakt miteinander gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen angeordnet sein können, wodurch eine monolithische Steuerelektrode gebildet wird, die zum Steuern von sowohl dem ersten Zellenteil 141 als auch dem zweiten Zellenteil 142 verwendet wird. Mit anderen Worten können die Steuerelektroden 131 und 132 bei einer Ausführungsform jeweilige Abschnitte einer gemeinsamen Steuerelektrode sein (vergleiche 6, 7, 9, 10, 12,13 (vergleiche gestrichelte Linie), 15 und 16).
  • Die Isolationsstruktur 133 kann dementsprechend die Steuerelektrodenstruktur 13 aufnehmen. Ferner können eine, mehrere oder jede der ersten Steuerelektrode(n) 131 und der zweiten Steuerelektrode(n) 132 elektrisch von sowohl der ersten Lastanschlussstruktur 11 als auch der zweiten Lastanschlussstruktur 12 isoliert sein.
  • Bei einer Ausführungsform beinhaltet der erste Zellenteil 141 eine erste Mesa 101, die wenigstens teilweise als ein Teil des Halbleiterkörpers 10 implementiert ist. Außerdem kann der zweite Zellenteil 142 eine zweite Mesa 102 beinhalten, die wenigstens teilweise als ein Teil des Halbleiterkörpers 10 implementiert ist. Zum Beispiel sind sowohl die erste Mesa 101 als auch die zweite Mesa 102 mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 elektrisch verbunden. Die zweite Mesa 102 kann verschieden von und getrennt von der ersten Mesa 101 angeordnet sein.
  • Die erste Mesa 101 und die zweite Mesa 102 können räumlich durch die Isolationsstruktur 133 begrenzt sein. Beispielhafte Spezifikationen der räumlichen Abmessungen der Mesa 101 und 102 und ihrer Komponenten werden mit Bezug auf 5 beschrieben. Zur gleichen Zeit kann die Isolationsstruktur 133 die erste(n) Steuerelektrode(n) 131 und die zweite(n) Steuerelektrode(n) 132 aufnehmen.
  • Die erste Mesa 101 kann ein erstes Anschlussgebiet 1011 beinhalten, das elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 verbunden ist. Das erste Anschlussgebiet 1011 kann ein erstes HalbleiterAnschlussgebiet sein. Zum Beispiel ist das erste Anschlussgebiet 1011 von dem ersten Leitfähigkeitstyp und umfasst z. B. Dotierungsstoffe des ersten Leitfähigkeitstyps mit einer Dotierungsstoffkonzentration in dem Bereich von 1019 cm-3 bis 1022 cm-3, z. B. 1020 cm-3 bis 5*1021cm-3. Zum Beispiel ist das erste Anschlussgebiet 1011 ein n+-Gebiet. Dementsprechend kann eine Dotierungsstoffkonzentration des ersten Anschlussgebiets 1011 wenigstens zwei Größenordnungen (entsprechend einem Faktor von 100) größer als die Dotierungsstoffkonzentration des Driftgebiets 100 sein. Bei einer Ausführungsform ist das erste Anschlussgebiet 1011 ein dotiertes Halbleitergebiet, das zusätzlich silicidiert wurde. Zum Beispiel ist ein Silicid in dem ersten Anschlussgebiet 1011 bereitgestellt. Ferner kann ein solches silicidiertes erstes Anschlussgebiet 1011 einen gemeinsamen Ausdehnungsbereich entlang der vertikalen Richtung Z mit der ersten Steuerelektrode 131 aufweisen. Zum Beispiel könnte ein solches silicidiertes erstes Anschlussgebiet 1011 auch als „Metallquelle“ bezeichnet werden. Bei einem Übergang von dem silicidierten ersten Anschlussgebiet 1011 zu einem ersten Kanalgebiet 1012 (unten ausführlicher erklärt) der ersten Mesa 101 kann eine Dotierungsspitze vorhanden sein, z. B. eine n+-Dotierungsspitze.
  • Die zweite Mesa 102 kann ein zweites Anschlussgebiet 1021 beinhalten, das elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 verbunden ist. Das zweite Anschlussgebiet 1021 kann ein zweites HalbleiterAnschlussgebiet sein. Zum Beispiel ist das zweite Anschlussgebiet 1021 von dem zweiten Leitfähigkeitstyp und umfasst z. B. Dotierungsstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps mit einer Dotierungsstoffkonzentration in dem Bereich von 1018 cm-3 bis 1022 cm-3, z. B. 1019 cm-3 bis 1021 cm-3. Zum Beispiel ist das zweite Anschlussgebiet 1021 ein p+-Gebiet. Dementsprechend kann eine Dotierungsstoffkonzentration des zweiten Anschlussgebiets 1021 wenigstens zwei Größenordnungen größer als die Dotierungsstoffkonzentration des Driftgebiets 100 sein. Bei einer Ausführungsform ist das zweite Anschlussgebiet 1021 ein dotiertes Halbleitergebiet, das zusätzlich silicidiert wurde. Zum Beispiel ist ein Silicid in dem zweiten Anschlussgebiet 1021 bereitgestellt. Ferner kann ein solches silicidiertes zweites Anschlussgebiet 1021 einen gemeinsamen Ausdehnungsbereich entlang der vertikalen Richtung Z mit der zweiten Steuerelektrode 132 aufweisen. Bei einem Übergang von dem silicidierten zweiten Anschlussgebiet 1021 zu einem zweiten Kanalgebiet 1022 (unten ausführlicher erklärt) der zweiten Mesa 102 kann eine Dotierungsspitze vorhanden sein, z. B. eine p+-Dotierungsspitze.
  • Die erste Mesa 101 kann ferner ein erstes Kanalgebiet 1012 in Kontakt mit dem ersten Anschlussgebiet 1011 beinhalten. Das erste Kanalgebiet 1012 kann ein erstes Halbleiterkanalgebiet sein. Zum Beispiel ist das erste Kanalgebiet 1012 von dem zweiten Leitfähigkeitstyp und umfasst z. B. Dotierungsstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps mit einer Dotierungsstoffkonzentration in dem Bereich von bis zu 1019 cm-3, z. B. 1011 cm-3 bis 1018 cm-3, z. B. in dem Bereich von 1014 cm-3 bis 1018 cm-3. Zum Beispiel ist das erste Kanalgebiet 1012 ein p-Gebiet oder ein p--Gebiet. Bei einer anderen Ausführungsform umfasst das erste Kanalgebiet 1012 Dotierungsstoffe des ersten Leitfähigkeitstyps, z. B. mit einer Dotierungsstoffkonzentration in dem Bereich von bis zu 1019 cm-3, z. B. 1011 cm-3 bis 1018 cm-3, z. B. in dem Bereich von 1013 cm-3 bis 1017 cm-3.
  • Zum Beispiel kann das erste Kanalgebiet 1012 mit dem Halbleiterdriftgebiet 100 gekoppelt sein.
  • Bei einer Ausführungsform kann wenigstens das erste Kanalgebiet 1012 das erste Anschlussgebiet 1011 von dem Halbleiterdriftgebiet 100 trennen. Ferner kann das erste Kanalgebiet 1012 ein elektrisch potentialfreies Gebiet sein. Zum Beispiel befindet sich das erste Kanalgebiet 1012 nicht in Kontakt mit der ersten Lastanschlussstruktur 11, sondern ist von dieser mittels des ersten Anschlussgebiets 1011 getrennt. Bei einer anderen Ausführungsform ist das erste Kanalgebiet 1012 elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 verbunden.
  • Die zweite Mesa 102 kann ferner ein zweites Kanalgebiet 1022 in Kontakt mit dem zweiten Anschlussgebiet 1021 beinhalten. Das zweite Kanalgebiet 1022 kann ein zweites Halbleiterkanalgebiet sein. Zum Beispiel ist das zweite Kanalgebiet 1022 von dem zweiten Leitfähigkeitstyp und umfasst z. B. Dotierungsstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps mit einer Dotierungsstoffkonzentration in dem Bereich von bis zu 1019 cm-3, z. B. 1011 cm-3 bis 1018 cm-3, z. B. in dem Bereich von 1014 cm-3 bis 1018 cm-3. Zum Beispiel ist das zweite Kanalgebiet 1022 ein p-Gebiet. Bei einer anderen Ausführungsform umfasst das zweite Kanalgebiet 1022 Dotierungsstoffe des ersten Leitfähigkeitstyps, z. B. mit einer Dotierungsstoffkonzentration in dem Bereich von bis zu 1019 cm-3, z. B. 1011 cm-3 bis 1018 cm-3, z. B. in dem Bereich von 1013 cm-3 bis 1017 cm-3.
  • Zum Beispiel kann das zweite Kanalgebiet 1022 mit dem Halbleiterdriftgebiet 100 gekoppelt sein.
  • Ferner kann wenigstens das zweite Kanalgebiet 1022 das zweite Anschlussgebiet 1021 von dem Halbleiterdriftgebiet 100 trennen. Ferner kann das zweite Kanalgebiet 1022 ein elektrisch potentialfreies Gebiet sein, wobei das zweite Kanalgebiet 1022 mit dem Driftgebiet 100 (z. B. mittels einer Barrierezone 105, die weiter unten erwähnt ist) gekoppelt sein oder sich sogar in Kontakt mit dem Driftgebiet 100 befinden kann. Zum Beispiel befindet sich das zweite Kanalgebiet 1022 nicht in Kontakt mit der ersten Lastanschlussstruktur 11, sondern ist von dieser mittels des zweiten Anschlussgebiets 1021 getrennt. Bei einem anderen Beispiel kann das zweite Kanalgebiet 1022 von dem gleichen Leitfähigkeitstyp wie das zweite Anschlussgebiet 1021 sein und wird das zweite Kanalgebiet 1022 nur temporär in einen isolierenden oder potentialfreien Zustand gebracht, indem eine geeignete Austrittsarbeit des Materials der zweiten Steuerelektrode 132 oder ein geeignetes elektrisches Potential an die zweite Steuerelektrode 132 angelegt wird.
  • Die erste Mesa 101 kann eine erste Halbleitermesa sein und die zweite Mesa 102 kann eine zweite Halbleitermesa sein. Es versteht sich, dass entlang der zweiten lateralen Richtung Y die erste Mesa 101 zu der zweiten Mesa 102 (oder der dritten Mesa 103, die weiter unten erwähnt ist) werden kann und umgekehrt; d. h., die Mesa kann entlang der zweiten lateralen Richtung Y ihre Konfiguration ändern. Beim Übergang zwischen dem aktiven Zellenfeld und der Randabschlusszone 18 kann ein Mittel zum elektrischen Kontaktieren der Mesa (unabhängig von ihrem Typ (101, 102 oder 103)) weggelassen werden.
  • Bei einer Ausführungsform kann das erste Anschlussgebiet 1011 und/oder das zweite Anschlussgebiet 1022 ein Metall umfassen.
  • Zum Beispiel trägt das erste Anschlussgebiet 1011 zu einem gewissen Anteil des gesamten Volumens der ersten Mesa 101 bei, z. B. innerhalb des Bereichs von bis zu 75 %, z. B. 10 % bis 75 %, z. B. in dem Bereich von 20 % bis 50 %. Das erste Kanalgebiet 1012 kann zu einem anderen Anteil des gesamten Volumens der ersten Mesa 101 beitragen, z. B. innerhalb des Bereichs von bis 10 % bis 90 %, z. B. 25 % bis 90 %, z. B. in dem Bereich von 25 % bis 75 %.
  • Das zweite Anschlussgebiet 1021 kann zu einem gewissen Anteil des gesamten Volumens der zweiten Mesa 102 beitragen, z. B. innerhalb des Bereichs von bis zu 75 %, z. B. 10 % bis 75 %, z. B. in dem Bereich von 20 % bis 50 %. Das zweite Kanalgebiet 1022 kann zu einem anderen Anteil des gesamten Volumens der zweiten Mesa 102 beitragen, z. B. innerhalb des Bereichs von 10 % bis 90 %, z. B. 25 % bis 90 %, z. B. in dem Bereich von 25 % bis 75 %.
  • Bei einer Ausführungsform ist der erste Zellenteil 141 einschließlich der ersten Mesa 101 dazu konfiguriert, das erste Kanalgebiet 1012 vollständig von beweglichen Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps in dem leitenden Zustand der Halbleitervorrichtung 1 zu verarmen.
  • Ferner kann der zweite Zellenteil 142 einschließlich der zweiten Mesa 102 dazu konfiguriert sein, das zweite Kanalgebiet 1022 vollständig von beweglichen Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps in dem leitenden Zustand der Halbleitervorrichtung 1 zu verarmen.
  • In dem leitenden Zustand, wie beispielhaft in 3B veranschaulicht, kann die Halbleitervorrichtung 1 dazu konfiguriert sein, den Pfad des gesamten Laststroms 15 in wenigstens zwei getrennte Pfade zu teilen, wobei der erste von diesen von dem ersten Laststrom 151 genommen wird und die erste Mesa 101 einschließlich des ersten Kanalgebiets 1012 durchquert, das vollständig von beweglichen Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps verarmt ist, und der zweite von diesen von dem zweiten Laststrom 152 genommen wird und weder die zweite Mesa 102 einschließlich des zweiten Kanalgebiets 1022, das vollständig von beweglichen Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps verarmt sein kann, noch die erste Mesa 101 einschließlich des ersten Kanalgebiets 1012, das ebenfalls vollständig von beweglichen Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps verarmt sein kann, durchquert. Stattdessen kann der zweite Zellenteil 142 dazu konfiguriert sein, einen Fluss des zweiten Laststroms 152 durch die zweite Mesa 102 zu sperren, wodurch vermieden wird, dass bewegliche Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps den Halbleiterkörper 10 während des leitenden Zustands der Halbleitervorrichtung 1 verlassen. Mit anderen Worten kann der Betrag des zweiten Laststroms 152 innerhalb sowohl der ersten Mesa 101 als auch der zweiten Mesa 102 gemäß einer Ausführungsform während des leitenden Zustands im Wesentlichen null betragen. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein gewisser Anteil des Laststroms von bis zu 30 % oder bis zu 20 % oder bis zu 10 % durch den zweiten Laststrom 152 geleitet werden, der die erste Mesa 101 und/oder die zweite Mesa 102 durchqueren kann.
  • Im Folgenden soll der Ausdruck „vollständig verarmtes Kanalgebiet“ ein Kanalgebiet beschreiben, das vollständig oder wenigstens überwiegend von beweglichen Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps verarmt ist, wobei bewegliche Ladungsträger des ersten Leitfähigkeitstyps immer noch zu einem wesentlichen Ausmaß in dem vollständig verarmten Kanalgebiet vorhanden sein können. Die gleiche Definition gilt für den Ausdruck „vollständig verarmbares Kanalgebiet“.
  • Zum Beispiel beinhaltet das vollständig verarmte erste Kanalgebiet 1012 in dem stationären leitenden Betriebszustand keinerlei oder fast keine beweglichen Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps oder wenigstens keine Dichte an beweglichen Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps oberhalb eines Leckstromniveaus oder wenigstens eine durchschnittliche Dichte an beweglichen Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps, die niedriger als 10 % der durchschnittlichen Dichte an beweglichen Ladungsträgern des ersten Leitfähigkeitstyps in dem ersten Kanalgebiet 1012 ist.
  • Ferner beinhaltet bei einer Ausführungsform das vollständig verarmte zweite Kanalgebiet 1022 z. B. in dem stationären sperrenden Betriebszustand keinerlei oder fast keine beweglichen Ladungsträger des ersten Leitfähigkeitstyps oder wenigstens keine Dichte an beweglichen Ladungsträgern des ersten Leitfähigkeitstyps oberhalb eines Leckstromniveaus oder wenigstens eine durchschnittliche Dichte an beweglichen Ladungsträgern des ersten Leitfähigkeitstyps, die niedriger als 10 % der durchschnittlichen Dichte an beweglichen Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps in dem zweiten Kanalgebiet 1022 ist.
  • Dementsprechend sind gemäß einer Ausführungsform die Kanalgebiete 1012 und 1022 in einem leitenden Zustand der Halbleitervorrichtung 1 vollständig verarmte Gebiete.
  • Zum Beispiel sind die Kanalgebiete 1012 und 1022 vollständig verarmt. Dies kann erreicht werden, indem z. B. Materialien für die Steuerelektroden 131 und 132 gewählt werden, die zu Austrittsarbeiten der Steuerelektroden 131, 132 führen, die verschieden von jenen der Kanalgebiete 1012 und/oder 1022 sein können. Zusätzlich oder alternativ dazu kann dies erreicht werden, indem die Steuerelektroden 131 und 132 auf ein angemessenes elektrisches Potential mit Bezug auf z. B. das elektrische Potential der ersten Lastanschlussstruktur 11 eingestellt werden. Dementsprechend kann bei einer Ausführungsform eine vollständige Verarmung der Kanalgebiete 1012, 1022 aufgrund einer Differenz zwischen der (den) Austrittarbeit(en) von einer oder beiden der Steuerelektroden 131, 132 auf der einen Seite und der (den) Austrittsarbeit(en) von einem oder beiden der Kanalgebiete 1012, 1022 auf der anderen Seite und aufgrund des Einstellens von einer oder beiden der Steuerelektroden 131, 132 auf ein definiertes elektrisches Potential erreicht werden.
  • Gemäß einer hier beschriebenen Ausführungsform können, um die vollständig verarmten Kanalgebiete 1012 und 1022 zu erreichen, die lateralen Abmessungen in der ersten lateralen Richtung X begrenzt werden, was später ausführlicher beschrieben wird.
  • Falls zum Beispiel die Halbleitervorrichtung 1 in den leitenden Zustand gesetzt wird, z. B. indem eine 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 angelegt wird (z. B. kann das elektrische Potential von jeder der Steuerelektroden 131 und 132 größer als das elektrische Potential der ersten Lastanschlussstruktur 11 sein), können die Kanalgebiete 1012 und 1022 vollständig von beweglichen Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps verarmt werden. In dem ersten Kanalgebiet 1012 kann es dann erheblich weniger bewegliche Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps, z. B. Löcher, im Vergleich zu einem Zustand geben, bei dem keine positive Spannung angelegt wird. Und in dem zweiten Kanalgebiet 1022 kann es dann auch erheblich weniger bewegliche Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps, z. B. Löcher, geben. Zum Beispiel soll die Formulierung „erheblich weniger bewegliche Ladungsträger“ in dieser Beschreibung beschreiben, dass die Menge an beweglichen Ladungsträgern des jeweiligen Leitfähigkeitstyps weniger als 10 % der beweglichen Ladungsträger des anderen Leitfähigkeitstyps ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Halbleitervorrichtung 1 dazu konfiguriert, das erste Kanalgebiet 1012 vollständig von Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps zu verarmen, falls eine Spannung, die zwischen der ersten Steuerelektrode 131 und der ersten Lastanschlussstruktur 11 angelegt wird, innerhalb des ersten Bereichs, z. B. innerhalb eines Bereichs von -1 V bis +3 V, liegt. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Halbleitervorrichtung 1 dazu konfiguriert, das erste Kanalgebiet 1012 vollständig zu verarmen, falls eine Spannung zwischen der ersten Steuerelektrode 131 und der ersten Lastanschlussstruktur 11 angelegt wird, die ein elektrisches Feld innerhalb eines ersten Bereichs, z. B. innerhalb eines Bereichs von -3 MV/cm bis +10 MV/cm oder innerhalb eines Bereichs von -2 MV/cm bis +6 MV/cm oder innerhalb eines Bereichs von -1 MV/cm bis +4 MV/cm verursacht, wobei das elektrische Feld innerhalb der Isolationsstruktur 133 vorhanden ist, die sich zwischen der ersten Mesa 101 und der ersten Steuerelektrode 131 befindet. Das gleiche kann analog für das zweite Kanalgebiet 1022 gelten.
  • Zum Beispiel existiert in einem Sperrzustand der Halbleitervorrichtung 1 nur ein Strompfad für den zweiten Laststrom 152 in wenigstens einem der Kanalgebiete 1012 und 1022, z. B. nur in dem Kanalgebiet 1022, wodurch dementsprechend ermöglicht wird, dass ein letztendlicher Leckstrom hindurchgeht. In dem Sperrzustand kann die Halbleitervorrichtung 1 dazu konfiguriert sein, ein Raumladungsgebiet in dem Driftgebiet 100 aufzubauen, um eine positivere Spannung an der zweiten Lastanschlussstruktur 12 mit Bezug auf die erste Lastanschlussstruktur 11 zu ermöglichen, welche hier als eine Vorwärtsspannung bezeichnet wird, wobei kein Laststrom zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12 außer kleinen Leckströmen fließt.
  • Zum Schalten der Halbleitervorrichtung 1 von dem leitenden Zustand in den Sperrzustand 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, so dass der Laststrompfad in dem ersten Kanalgebiet 1012 abgeschnitten wird. Zum Beispiel kann der zweite Bereich von z. B. 1 V zu einem bestimmten negativen Spannungswert, z. B. -3 V, reichen, falls der abzuschneidende Laststrompfad in dem ersten Kanalgebiet 1012 ein Elektronenstrompfad ist. Entsprechend kann der zweite Bereich von z. B. -1 V zu einem bestimmten positiven Spannungswert, z. B. +3 V, reichen, falls der abzuschneidende Laststrompfad in dem ersten Kanalgebiet 1012 ein Lochstrompfad ist. Gemäß einer Ausführungsform ist die Halbleitervorrichtung 1 dazu konfiguriert, von dem leitenden Zustand in den Sperrzustand gebracht zu werden, falls eine Spannung, die zwischen der ersten Steuerelektrode 131 und der ersten Lastanschlussstruktur 11 angelegt wird, ein elektrisches Feld innerhalb eines zweiten Bereichs, z. B. innerhalb eines Bereichs von +3 MV/cm bis -10 MV/cm oder innerhalb eines Bereichs von 2 MV/cm bis -6 MV/cm oder innerhalb eines Bereichs von 1 MV/cm bis -4 MV/cm verursacht, wobei das elektrische Feld innerhalb der Isolationsstruktur 133 vorhanden ist, die sich zwischen der ersten Mesa 101 und der ersten Steuerelektrode 131 befindet. Die gleiche 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 dem zweiten Kanalgebiet 1022 induziert werden. Ferner bildet das zweite Kanalgebiet 1022 bei einer Ausführungsform aufgrund von Dotierungsstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps eine leitfähige Verbindung zu der ersten Lastanschlussstruktur 11 hin, wenn die gleiche Spannung oder eine andere Spannung in dem zweiten Bereich oder eine noch andere Spannung auch zwischen der zweiten Steuerelektrode 132 und der ersten Lastanschlussstruktur 11 angelegt werden kann. Bei dieser Ausführungsform ist der Akkumulationskanal von beweglichen Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps nicht für einen Stromtransport notwendig. Zum Beispiel kann der Akkumulationskanal eine Bewegung der zweiten Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps aus dem Halbleiterkörper 10 heraus zu der ersten Lastanschlussstruktur 11 fördern. Dies kann zu einer schnellen Reduktion der gesamten Ladungsträgerkonzentration in dem Halbleiterkörper 10 während des Ausschaltens der Halbleitervorrichtung 1 beitragen.
  • Zum Schalten der Halbleitervorrichtung 1 von dem Sperrzustand in den leitenden Zustand kann eine Spannung innerhalb des ersten Bereichs zwischen der ersten Steuerelektrode 131 und der ersten Lastanschlussstruktur 11 angelegt werden, wie oben beschrieben ist. Ein Strompfad für bewegliche Ladungsträger des ersten Leitfähigkeitstyps kann dann in dem ersten Kanalgebiet 1012 induziert werden, indem ein leitfähiger Kanal, z. B. durch Bildung eines Inversionskanals, gebildet wird. Der leitfähige Kanal kann sich über das gesamte erste Kanalgebiet 1012 entlang der vertikalen Richtung Z erstrecken. Bei einer Variante kann sich der leitfähige Kanal über das gesamte erste Kanalgebiet 1012 auch entlang der ersten lateralen Richtung X und/oder der zweiten lateralen Richtung Y erstrecken. Zur gleichen Zeit kann das erste Kanalgebiet 1012 aufgrund der Spannung, die innerhalb des ersten Bereichs liegt, vollständig von beweglichen Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps verarmt werden, sodass ein Fluss von beweglichen Ladungsträgern der zweiten Leitfähigkeit durch das erste Kanalgebiet 1012 zwischen dem Halbleiterkörper 10 und der ersten Lastanschlussstruktur 11 stark reduziert oder verhindert wird. Die gleiche 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. Das zweite Kanalgebiet 1022 kann dann vollständig von beweglichen Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps verarmt werden, sodass ein Fluss von beweglichen Ladungsträgern der zweiten Leitfähigkeit durch das zweite Kanalgebiet 1022 zwischen dem Halbleiterkörper 10 und der ersten Lastanschlussstruktur 11 reduziert oder verhindert wird.
  • Der Halbleiterkörper 10 kann ferner ein drittes Anschlussgebiet 104 umfassen, das elektrisch mit der zweiten Lastanschlussstruktur 12 verbunden und mit dem Driftgebiet 100 gekoppelt ist. Das dritte Anschlussgebiet 104 kann ein drittes HalbleiterAnschlussgebiet sein. Zum Beispiel umfasst das dritte Anschlussgebiet 104 einen ersten Emitter des zweiten Leitfähigkeitstyps, der elektrisch mit der zweiten Lastanschlussstruktur 12 verbunden ist, und/oder einen zweiten Emitter mit Dotierungsstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps, der elektrisch mit der zweiten Lastanschlussstruktur 12 verbunden ist, z. B. sogenannte n-Kurzschlüsse (falls der erste Leitfähigkeitstyp n ist), um eine Rückwärtsleitfähigkeit der Halbleitervorrichtung 1 zu implementieren.
  • Ferner kann das dritte Anschlussgebiet 104 ein Puffergebiet, das auch als Feldstoppgebiet bekannt ist, umfassen, das von dem gleichen Leitfähigkeitstyp wie das Driftgebiet 100, z. B. von dem ersten Leitfähigkeitstyp, sein kann, aber im Vergleich zu der Dotierungsstoffkonzentration des Driftgebiets 100 eine höhere Dotierungsstoffkonzentration aufweisen kann. Jedoch sind, weil diese beispielhaften Konfigurationen des dritten Anschlussgebiets 104 einem Fachmann allgemein bekannt sind, insbesondere in dem Zusammenhang von IGBT-Konfigurationen, der erste Emitter, der zweite Emitter und das Puffergebiet weder in 3A-B veranschaulicht noch hier ausführlicher erklärt.
  • Wie oben erklärt wurde, kann der Halbleiterkörper 10 dazu konfiguriert sein, den gesamten Laststrom 15 in der Vorwärtsrichtung zwischen den Lastanschlussstrukturen 11 und 12 zu leiten. Zu diesem Zweck kann die erste Steuerelektrode 131 dazu konfiguriert sein, als Reaktion auf das Empfangen des ersten Steuersignals einen Inversionskanal zum Leiten eines Teils des ersten Laststroms 151 innerhalb des ersten Kanalgebiets 1012 zu induzieren. Zum Beispiel kann die Halbleitervorrichtung 1 als Reaktion auf das Empfangen des ersten Steuersignals dazu konfiguriert sein, das erste Kanalgebiet 1012 hinsichtlich beweglicher Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps vollständig zu verarmen. Entsprechend kann die Halbleitervorrichtung 1 als Reaktion auf das Empfangen des zweiten Steuersignals ferner dazu konfiguriert sein, das zweite Kanalgebiet 1022 hinsichtlich beweglicher Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps vollständig zu verarmen.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Lastanschlussstruktur 11 ein Emitteranschluss (auch als „Source-Anschluss“ bezeichnet) und ist die zweite Lastanschlussstruktur 12 ein Kollektoranschluss (auch als „Drain-Anschluss“ bezeichnet) und ist die Steuerelektrodenstruktur 13 elektrisch mit einer (nicht veranschaulichten) Gate-Anschlussstruktur verbunden. Zum Beispiel kann das erste Anschlussgebiet 1011 der ersten Mesa 101 daher ein Source-Gebiet, z. B. ein Halbleiter-Source-Gebiet, sein.
  • Zum Beispiel kann, um die Halbleitervorrichtung 1 in einen leitenden Zustand zu setzen, während dessen der gesamte Laststrom 15 zwischen den Lastanschlussstrukturen 11, 12 in einer Vorwärtsrichtung geleitet werden kann, die erste Steuerelektrode 131 mit dem ersten Steuersignal versorgt werden, das eine Spannung innerhalb eines ersten Bereichs aufweist, sodass ein Inversionskanal innerhalb eines ersten Kanalgebiets 1012 induziert wird. Zum Beispiel wird die Spannung zwischen der ersten Steuerelektrode 131 und der ersten Lastanschlussstruktur 11 angelegt. Bei einer Ausführungsform ist das elektrische Potential der ersten Steuerelektrode 131 größer als das elektrische Potential der ersten Lastanschlussstruktur 11, falls die angelegte Spannung innerhalb des ersten Bereichs liegt.
  • Um die Halbleitervorrichtung 1 in einen Sperrzustand zu setzen, in dem eine Spannung, die zwischen der zweiten Lastanschlussstruktur 12 und der ersten Lastanschlussstruktur 11 angelegt wird, in der Vorwärtsrichtung gesperrt werden kann und ein Fluss des Laststroms 15 in der Vorwärtsrichtung verhindert wird, kann die erste Steuerelektrode 131 mit dem Steuersignal versorgt werden, das eine Spannung innerhalb des zweiten Bereichs aufweist, der von dem ersten Bereich verschieden ist, sodass ein Verarmungsgebiet z. B. bei einem Übergang zwischen dem ersten Kanalgebiet 1012 und dem Driftgebiet 100 induziert wird. Zum Beispiel wird die Spannung zwischen der ersten Lastanschlussstruktur 11 und der ersten Steuerelektrode 131 angelegt. Bei einer Ausführungsform ist das elektrische Potential der ersten Steuerelektrode 131 gleich oder kleiner als das elektrische Potential der ersten Lastanschlussstruktur 11, falls die angelegte Spannung innerhalb des zweiten Bereichs liegt.
  • Gemäß dem zuvor Gesagten kann eine Ausführungsform des Betriebs und der Konfiguration der Halbleitervorrichtung 1 wie folgt zusammengefasst werden. Die Halbleitervorrichtung 1 kann dazu konfiguriert sein, in den leitenden Zustand gesetzt zu werden, indem das Steuersignal mit einer Spannung innerhalb des ersten Bereichs bereitgestellt wird. Als Reaktion auf das Empfangen eines solchen Steuersignals kann der erste Zellenteil 141 dazu konfiguriert sein, einen Inversionskanal innerhalb des ersten Kanalgebiets 1012 zu induzieren, sodass der erste Laststrom 151 von ersten Ladungsträgern des ersten Leitfähigkeitstyps die erste Mesa 101 durchqueren kann. Gleichzeitig kann der erste Zellenteil dazu konfiguriert sein, das erste Kanalgebiet 1012 hinsichtlich Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps vollständig zu verarmen und dementsprechend einen Fluss des zweiten Laststroms 152 innerhalb der ersten Mesa 101 drastisch zu reduzieren oder zu verhindern. Ferner kann der zweite Zellenteil 142 als Reaktion auf das Empfangen eines solchen Steuersignals dazu konfiguriert sein, das zweite Kanalgebiet 1022 hinsichtlich Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps vollständig zu verarmen und dementsprechend einen Fluss von sowohl dem ersten Laststrom 151 als auch dem zweiten Laststrom 152 innerhalb der zweiten Mesa 102 zu verhindern. Dementsprechend kann während des leitenden Zustands der gesamte Laststrom innerhalb der Zellenteile 141 und 142 durch den ersten Laststrom 151 zumindest dominiert oder sogar nur durch diesen dargestellt werden, weil der zweite Laststrom 152 innerhalb der Zellenteile 141 und 142 im Wesentlichen null beträgt. Um die Halbleitervorrichtung 1 von dem leitenden Zustand in den Sperrzustand zu schalten, kann das Steuersignal mit einer Spannung innerhalb des zweiten Bereichs, der von dem ersten Bereich verschieden ist, bereitgestellt werden. Als Reaktion auf das Empfangen eines solchen Steuersignals kann die Halbleitervorrichtung 1 dazu konfiguriert sein, eine Bewegung von beweglichen Ladungsträgern aus dem Halbleiterkörper 10 heraus zu bewirken. Zu diesem Zweck kann der erste Zellenteil 141 dazu konfiguriert sein, den ersten Laststrom 151 innerhalb der ersten Mesa 101 abzuschneiden, indem der Inversionskanal aufgelöst wird. Gleichzeitig oder kurz vor dem Abschneiden des ersten Laststroms 151 innerhalb der ersten Mesa 101 kann der zweite Zellenteil 142 dazu konfiguriert sein, einen leitfähigen Kanal innerhalb des zweiten Kanalgebiets 1022 zu induzieren, sodass ein Fluss des zweiten Laststroms 152 innerhalb der zweiten Mesa ermöglicht wird. Tatsächlich kann ein solcher zweiter Laststrom 152 als ein Ladungsträgerentfernungs(oder Abfluss)-Strom betrachtet werden, da er bewirkt, dass der Halbleiterkörper 10 die Konzentration der Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps reduziert oder sogar hinsichtlich zweiten Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps verarmt wird. Dementsprechend kann der gesamte Laststrom 15 innerhalb der Zellenteile 141 und 142, d. h. der gesamte Laststrom 15 in der Nähe zu der ersten Lastanschlussstruktur 11, während des Ausschaltens durch den zweiten Laststrom 152 innerhalb des zweiten Zellenteils 142 dominiert oder sogar im Wesentlichen durch diesen dargestellt werden.
  • 4 veranschaulicht schematisch beispielhafte Verteilungen von Ladungsträgerkonzentrationen in dem Halbleiterkörper 10 der Halbleitervorrichtung 1, wenn sie sich in dem leitenden Zustand befindet, 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 vertikalen Richtung Z und die gepunktete Linie veranschaulicht beispielhaft die Verteilung der Konzentration (CC) von Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps, z. B. Löchern, entlang der vertikalen Richtung Z. Wie veranschaulicht, kann in der Nähe zu der ersten Lastanschlussstruktur 11, z. B. innerhalb der Zellenteile 141 und 142, die Konzentration der Ladungsträger des ersten Leitfähigkeitstyps im Vergleich zu der Konzentration der Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps z. B. aufgrund von Gründen, wie sie in dem vorhergehenden Absatz erläutert wurden, und weil Dotierungsgebiete in den Zellenteilen 141 und 142 zu den Kurven beitragen können, höher sein.
  • Entlang der Ausdehnung des Halbleiterkörpers 10 in der vertikalen Richtung Z, z. B. innerhalb des Driftgebiets 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 einer Ladungsneutralität, die innerhalb des Elektron-Loch-Plasmas im Inneren des Driftgebiets 100 eingerichtet sein kann.
  • In der Nähe zu der zweiten Lastanschlussstruktur 12 kann die Konzentration der Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps im Vergleich zu der Konzentration der Ladungsträger des ersten Leitfähigkeitstyps signifikant höher sein, z. B. weil sich Ladungsträger des ersten Leitfähigkeitstyps kontinuierlich von dem Halbleiterkörper 10 zu der zweiten Lastanschlussstruktur 12 bewegen können, und wobei Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps kontinuierlich in das Driftgebiet 100 aus dem ersten Emitter gepumpt werden können, der innerhalb des dritten Anschlussgebiets 104 enthalten sein kann, das elektrisch mit der zweiten Lastanschlussstruktur 12 verbunden ist, wobei der erste Emitter Dotierungsstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps umfassen kann. Gemäß einer anderen Ausführungsform, die in 4 nicht veranschaulicht ist, kann in der Nähe zu der zweiten Lastanschlussstruktur 12 auch die Dichte der Ladungsträger des ersten Leitfähigkeitstyps in einem Bereich nahe einem Dotierungsgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps viel größer sein, z. B. um eine Rückwärtsleitfähigkeit der Halbleitervorrichtung 1 zu implementieren, wie zuvor angegeben wurde. In einem Bereich eines Puffer- oder Feldstoppgebiets können Unterschiede der Dichten der Ladungsträger des ersten und zweiten Leitfähigkeitstyps auftreten.
  • Zum Beispiel kann die Halbleitervorrichtung 1 dazu konfiguriert sein, innerhalb des Halbleiterkörpers 10, z. B. innerhalb des Driftgebiets 100, eine gesamte 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. Eine solche hohe Konzentration von Ladungsträgern kann es ermöglichen, während des leitenden Zustands eine vergleichsweise niedrige Einschaltzustandsspannung 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 Nennlaststrom oder bei einer Laststromdichte, die durch einen horizontalen Querschnitt der Halbleitervorrichtung fließt, von wenigstens 100 A/cm2 und bei etwa 20 °C. Die Einschaltzustandsspannung kann im Wesentlichen durch einen pn-Übergang in der Nähe zu der zweiten Lastanschlussstruktur 12 verursacht werden. Dementsprechend kann der Abfall der Einschaltzustandsspannung entlang des Abstands zwischen der ersten Lastanschlussstruktur 11 und der zweiten Lastanschlussstruktur 12 asymmetrisch verteilt sein, z. B. aufgrund dessen, dass die Hauptänderung der Spannung in der Nähe zu der zweiten Lastanschlussstruktur 12 auftritt und eine vernachlässigbare Spannungsänderung in der Nähe zu der ersten Lastanschlussstruktur 11 auftritt. Falls zum Beispiel der Halbleiterkörper hauptsächlich auf Silicium (Si) basiert, kann eine Einschaltzustandsspannung von erheblich weniger als 0,7 V kaum erreicht werden.
  • Mit Bezug auf 5A sollen einige beispielhafte räumliche Abmessungen des ersten Zellenteils 141 und des zweiten Zellenteils 142 erklärt werden. Bevor spezielle Werte gegeben werden, soll verstanden werden, dass jede Zelle 14 (einschließlich des ersten Zellenteils 141 und des zweiten Zellenteils 142) entweder eine Streifenkonfiguration oder eine Nadelkonfiguration aufweisen kann, wie mit Bezug auf 1A erklärt wurde.
  • In dem ersten Fall („Streifen“), wie schematisch in 5B (nicht maßstabsgetreu!) veranschaulicht, können sowohl die erste Mesa 101 als auch die zweite Mesa 102 die Form einer Finne aufweisen, die eine gesamte laterale Ausdehnung entlang der einen lateralen Richtung (z. B. Y) aufweist, die wenigstens ein Vielfaches der gesamten lateralen Ausdehnung in der anderen lateralen Richtung (z. B. X) beträgt. Zum Beispiel können sich die finnenförmigen Mesas 101 und 102 im Wesentlichen entlang des gesamten aktiven Zellenfeldes 16 in einer lateralen Richtung erstrecken.
  • In dem zweiten Fall („Nadel“), wie schematisch in 5C (nicht maßstabsgetreu!) veranschaulicht, können sowohl die erste Mesa 101 als auch die zweite Mesa 102 die Form eines Drahtes aufweisen. Zum Beispiel können die Mesas 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.
  • Dementsprechend können gemäß der schematisch in 5A veranschaulichten Ausführungsform die Zellenteile 141 und 142 zum Beispiel eine Nadelkonfiguration oder eine Streifenkonfiguration aufweisen. Bei einer anderen Ausführungsform kann der erste Zellenteil 141 eine Streifenkonfiguration aufweisen und kann der zweite Zellenteil 142 eine Nadelkonfiguration aufweisen oder umgekehrt.
  • Bei einer Ausführungsform erstrecken sich das erste Anschlussgebiet 1011 und das zweite Anschlussgebiet 1021 jeweils von ihrem jeweiligen Kontakt mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 bei der Ebene Z0 (die bei 0 nm liegen kann) entlang der vertikalen Richtung Z zu einer Ebene Z12 bzw. zu einer Ebene Z22, die 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 liegen können. Die Ebenen Z12 und Z22 können im Wesentlichen identisch miteinander sein. Entsprechend kann das erste Anschlussgebiet 1011 entlang der vertikalen Richtung Z eine gesamte 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 aufweisen und kann das zweite Anschlussgebiet 1021 eine gesamte Ausdehnung DZ23 in der vertikalen Richtung im Wesentlichen identisch mit DZ13 aufweisen.
  • Ferner können sich das erste Kanalgebiet 1012 und das zweite Kanalgebiet 1022 jeweils von dem Kontakt mit dem ersten Anschlussgebiet 1011 bei der Ebene Z12 bzw. von dem Kontakt mit dem zweiten Anschlussgebiet 1021 bei der Ebene Z22 entlang der vertikalen Richtung Z zu einer Ebene Z13 bzw. zu einer Ebene Z23 erstrecken, die 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 liegen können. Die Ebenen Z13 und Z23 können identisch miteinander sein. Entsprechend kann das erste Kanalgebiet 1012 entlang der vertikalen Richtung Z eine gesamte 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 aufweisen und kann das zweite Kanalgebiet 1022 eine gesamte Ausdehnung DZ24 in der vertikalen Richtung im Wesentlichen identisch mit DZ14 aufweisen.
  • Die erste Steuerelektrode 131 und die zweite Steuerelektrode 132 können von der ersten Lastanschlussstruktur 11 entlang der vertikalen Richtung Z um einen Abstand DZ11 bzw. DZ21, der gleich DZ11 sein kann, beabstandet sein. Dementsprechend können die Abstände DZ11 und DZ21 identisch mit der Dicke des Abschnitts der Isolationsstruktur 133 sein, der die Steuerelektroden 131 und 132 von der ersten Lastanschlussstruktur 11 entlang der vertikalen Richtung Z isoliert. Sowohl DZ11 als auch DZ21 können innerhalb des Bereichs von 10 nm bis 490 nm, innerhalb des Bereichs von 20 nm bis 180 nm oder innerhalb des Bereichs von 30 nm bis 250 nm liegen. Mit anderen Worten kann die erste Steuerelektrode 131 ein proximales Ende aufweisen, das bei einer Ebene Z11 angeordnet ist, die DZ11 hinsichtlich des Betrags entspricht, und die zweite Steuerelektrode 132 kann ein proximales Ende aufweisen, das bei einer Ebene Z11 angeordnet ist, die DZ21 hinsichtlich des Betrags entspricht.
  • Bei einer Ausführungsform kann die erste Steuerelektrode 131 eine gesamte Ausdehnung DZ15 entlang der vertikalen Richtung Z aufweisen, die größer als die gesamte Ausdehnung DZ14 des ersten Kanalgebiets 1012 ist, und kann so angeordnet sein, dass sie einen gemeinsamen Ausdehnungsbereich entlang der vertikalen Richtung Z mit dem ersten Kanalgebiet 1012 größer als 100 % der gesamten Ausdehnung DZ14 des ersten Kanalgebiets 1012 aufweist, wie schematisch in 5A veranschaulicht ist. Dementsprechend kann die gesamte Ausdehnung DZ15 der ersten Steuerelektrode 131 wenigstens einen Faktor von 1,1 von DZ14, einen Faktor von 1,3 von DZ14 oder sogar einen Faktor von 1,5 von DZ14 betragen. Entgegen der vertikalen Richtung Z kann es eine Überlappung 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 geben, was zur gleichen Zeit ein gemeinsamer Ausdehnungsbereich mit dem ersten Anschlussgebiet 1011 sein kann. Die erste Steuerelektrode 131 kann in der vertikalen Richtung Z eine Überlappung DZ16 innerhalb des Bereichs von 10 nm bis 490 nm, innerhalb des Bereichs von 20 nm bis 380 nm oder innerhalb des Bereichs von 30 nm bis 250 nm aufweisen, was zur gleichen Zeit ein gemeinsamer Ausdehnungsbereich mit dem Driftgebiet 100 sein kann. Ferner kann die erste Steuerelektrode 131 ein distales Ende bei einer Ebene Z14 aufweisen, das von einem distalen Ende der Isolationsstruktur 133 bei einer Ebene Z15 um einen Abstand DZ17 beabstandet ist, der innerhalb des Bereichs von 60 nm bis 1200 nm, innerhalb des Bereichs von 100 nm bis 900 nm oder innerhalb des Bereichs von 200 nm bis 650 nm liegen kann.
  • Was oben mit Bezug auf die Ausdehnung und die Anordnung der ersten Steuerelektrode 131 entlang der vertikalen Richtung Z angegeben wurde, kann gleichermaßen auf die zweite Steuerelektrode 132 und ihre relative Position mit Bezug auf das zweite Kanalgebiet 1022 zutreffen. Dementsprechend können die Werte von DZ25 innerhalb des gleichen Bereichs wie DZ15 liegen, können die Werte von DZ21 innerhalb des gleichen Bereichs wie DZ11 liegen, können die Werte von DZ22 innerhalb des gleichen Bereichs wie DZ12 liegen und können die Werte von DZ26 innerhalb des gleichen Bereichs wie DZ16 liegen. Ferner kann die zweite Steuerelektrode 132 ein distales Ende bei der Ebene Z24 aufweisen, das von einem distalen Ende der Isolationsstruktur 133 bei der Ebene Z25 um einen Abstand DZ27 beabstandet ist, wobei die Werte von DZ27 innerhalb des gleichen Bereichs wie DZ17 liegen können.
  • Die oberen und unteren vertikalen Enden der ersten Steuerelektrode 131 (Z11, Z14) und der zweiten Steuerelektrode 132 (Z21, Z24) können nur in der Nähe des oder angrenzend an das erste Kanalgebiet 1012 und das zweite Kanalgebiet 1022 spezifiziert sein, wie oben angegeben ist. Weiter in der ersten lateralen Richtung X von dem ersten Kanalgebiet 1012 oder dem zweiten Kanalgebiet 1022 weg fortschreitend, können sich die oberen und/oder unteren vertikalen Enden der Steuerelektroden 131, 132 unterscheiden. Die oberen Enden (vergleiche Bezugsziffer Z11' in 6) können sich z. B. sogar oberhalb der Position Z0 oder unterhalb der Position Z0 befinden. Die unteren Enden Z14 und Z24 können sich z. B. sogar unterhalb der Position Z15 oder oberhalb der Position Z15 befinden. Es ist klar, dass die erste Steuerelektrode 131 und die zweite Steuerelektrode 132 unabhängig von den gewählten räumlichen Abmessungen immer noch elektrisch von der ersten Lastanschlussstruktur 11 und dem Driftgebiet 100 gemäß einer Ausführungsform isoliert sind.
  • Entlang der ersten lateralen Richtung X kann die erste Steuerelektrode 131 von dem ersten Kanalgebiet 1021 um einen Abstand DX12 beabstandet sein, der innerhalb des Bereichs von 1 nm bis 100 nm, innerhalb des Bereichs von 2 nm bis 50 nm oder innerhalb des Bereichs von 3 nm bis 20 nm liegen kann. Der Abstand DX12 kann identisch mit einer Dicke der Isolationsstruktur 133 sein, die die erste Steuerelektrode 131 von der ersten Mesa 101 entlang der ersten lateralen Richtung X isoliert. Entsprechend kann entlang der ersten lateralen Richtung X die zweite Steuerelektrode 132 von dem zweiten Kanalgebiet 1022 um einen Abstand DX22 beabstandet sein, der innerhalb des Bereichs von 1 nm bis 100 nm, innerhalb des Bereichs von 2 nm bis 50 nm oder innerhalb des Bereichs von 3 nm bis 20 nm liegen kann. Der Abstand DX22 kann identisch mit einer Dicke der Isolationsstruktur 133 sein, die die zweite Steuerelektrode 132 von der zweiten Mesa 102 entlang der ersten lateralen Richtung X isoliert.
  • Die Dicke DX11 der ersten Steuerelektrode 131 entlang der ersten lateralen Richtung X kann innerhalb des Bereichs von 10 nm bis 10000 nm, innerhalb des Bereichs von 50 nm bis 7000 nm oder innerhalb des Bereichs von 100 nm bis 5000 nm liegen. Die Dicke DX21 der zweiten Steuerelektrode 132 entlang der ersten lateralen Richtung X kann in dem gleichen Bereich wie die Dicke DX11 oder in einem anderen der Bereiche, die oben mit Bezug auf die Dicke DX11 beschrieben sind, liegen. Wie oben erwähnt, können sich die Steuerelektroden 131 und 132 im Gegensatz zu der beispielhaften schematischen Repräsentation in 5A gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen in Kontakt miteinander befinden (d. h., in 5A wäre X16 gleich X21), wodurch eine gemeinsame Steuerelektrode gebildet wird, die zum Steuern von sowohl dem ersten Zellenteil 141 als auch dem zweiten Zellenteil 142 verwendet werden kann.
  • Bei der Ausführungsform gemäß 5A können die Zellen 14 eine Nadelkonfiguration oder eine Streifenkonfiguration aufweisen, wie oben erklärt wurde. Zum Beispiel können die Zellen 14 in dem ersten Fall („Nadel“) jeweils z. B. eine radialsymmetrische Struktur aufweisen und der Abschnitt des vertikalen Querschnitts aufs 5A stellt tatsächlich nur eine einzige erste Steuerelektrode 131, die z. B. eine Zylinderform aufweist, und eine einzige zweite Steuerelektrode 132, die z. B. auch eine Zylinderform aufweist, die die erste Mesa 101 bzw. die zweite Mesa 102 bedeckt, dar. In diesem Fall bezeichnen sowohl die erste laterale Richtung X als auch die zweite laterale Richtung Y eine radiale Richtung. Ferner könnten die Nadelzellen auch einen rechteckigen Querschnitt, z. B. mit abgerundeten Ecken, oder einen elliptischen Querschnitt parallel zu der YX-Ebene aufweisen. In dem zweiten Fall („Streifen“) kann der erste Zellenteil 141 eine monolithische erste Steuerelektrode 131 umfassen, die die erste Mesa 101 nur auf einer lateralen Seite flankiert, und entsprechend kann der zweite Zellenteil 142 auch eine monolithische zweite Steuerelektrode 131 umfassen, die die zweite Mesa 102 nur auf einer lateralen Seite flankiert. Bei einer anderen Ausführungsform, wie in 5A veranschaulicht, kann die erste Steuerelektrode 131 eine mehrteilige, z. B. eine zweiteilige, erste Elektrode 131 sein und kann die zweite Steuerelektrode 132 auch eine mehrteilige, z. B. eine zweiteilige, zweite Elektrode 132 sein. Zum Beispiel kann gemäß der Ausführungsform aus 5A, falls die Zellen 14 eine Streifenkonfiguration aufweisen, die erste Steuerelektrode 131 eine zweiteilige erste Steuerelektrode 131 sein, die spiegelsymmetrisch entlang der ersten lateralen Richtung X mit Bezug auf die erste Mesa 101 angeordnet ist, und kann die zweite Steuerelektrode 132 eine zweiteilige zweite Steuerelektrode 132 sein, die spiegelsymmetrisch entlang der ersten lateralen Richtung X mit Bezug auf die zweite Mesa 101 angeordnet ist. Dementsprechend kann das, was oben mit Bezug auf die Abmessungen DX11, DX21 und DX12, DX22 angegeben wurde, gleichermaßen auf die Abmessungen DX14, DX24 und DX15, DX25, die in 5A angegeben sind, zutreffen.
  • Wie oben erklärt wurde, können die räumlichen Abmessungen der Mesa 101 und 102 und ihrer Komponenten jeweils durch die Isolationsstruktur 133 begrenzt werden. Die gesamte Ausdehnung Z15 von sowohl der ersten Mesa 101 als auch der zweiten Mesa 102 parallel zu dem Pfad des ersten Laststroms 151 bzw. des zweiten Laststroms 152, der parallel zu der vertikalen Richtung Z sein kann, kann wenigstens ein Vielfaches der jeweiligen gesamten Ausdehnungen DX13, DX23 senkrecht zu den Laststrompfaden, z. B. in der ersten lateralen Richtung X und/oder der zweiten lateralen Richtung Y, betragen.
  • Zum Beispiel kann die Breite DX13 des ersten Kanalgebiets 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 vertikalen Richtung Z, z. B. in der ersten lateralen Richtung X, kleiner als 100 nm, kleiner als 60 nm oder sogar kleiner als 40 nm über einen Abstand in einer Richtung des ersten Laststroms 151 innerhalb der ersten Mesa 101 sein, z. B. entlang einer Richtung parallel zu der vertikalen Richtung Z, der wenigstens dreimal DX13 beträgt. Zum Beispiel kann das erste Kanalgebiet 1012 eine Breite von DX13, die kleiner als 100 nm ist, entlang wenigstens 300 nm in der vertikalen Richtung Z, eine Breite von DX13, die kleiner als 60 nm ist, entlang wenigstens 180 nm in der vertikalen Richtung Z oder eine Breite von DX13, die kleiner als 40 nm ist, entlang wenigstens 120 nm in der vertikalen Richtung Z aufweisen. 5A zeigt die erste Mesa 101 mit im Wesentlichen parallelen Seitenwänden. Im Gegensatz dazu kann die erste Mesa 101 auch sich teilweise oder vollständig verjüngende Seitenwände, z. B. mit einer lateralen Breite DX13, die bei der vertikalen Position Z13 um bis zu 50 % größer als DX13 bei der vertikalen Position Z12 ist, aufweisen. Die Ausdehnung des ersten Kanalgebiets 1012 entlang der vertikalen Richtung Z DZ14 kann mit dem größeren oder kleineren Wert von DX13 in Zusammenhang stehen.
  • Analog dazu kann die Breite DX23 des zweiten Kanalgebiets 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 vertikalen Richtung Z, z. B. in der ersten lateralen Richtung X, kleiner als 100 nm, kleiner als 60 nm oder sogar kleiner als 40 nm über einen Abstand in einer Richtung des zweiten Laststroms 152 innerhalb der zweiten Mesa 102 sein, z. B. entlang einer Richtung parallel zu der vertikalen Richtung Z, der wenigstens dreimal DX23 beträgt. Zum Beispiel kann das zweite Kanalgebiet 1022 eine Breite von DX23, die kleiner als 100 nm ist, entlang wenigstens 300 nm in der vertikalen Richtung Z, eine Breite von DX23, die kleiner als 60 nm ist, entlang wenigstens 180 nm in der vertikalen Richtung Z oder eine Breite von DX23, die kleiner als 40 nm ist, entlang wenigstens 120 nm in der vertikalen Richtung Z aufweisen. 5A zeigt die zweite Mesa 102 mit im Wesentlichen parallelen Seitenwänden. Im Gegensatz dazu kann die zweite Mesa 102 auch sich teilweise oder vollständig verjüngende Seitenwände, z. B. mit einer lateralen Breite DX23, die bei der vertikalen Position Z23 um bis zu 50 % größer als DX23 bei der vertikalen Position Z22 ist, aufweisen. Die Ausdehnung des zweiten Kanalgebiets 1022 entlang der vertikalen Richtung Z DZ24 kann mit dem größeren oder kleineren Wert von DX23 in Zusammenhang stehen.
  • Es versteht sich, dass sich die Isolationsstruktur 133 im Gegensatz zu der schematischen Repräsentation in 5A nicht notwendigerweise wenigstens so weit in der vertikalen Richtung Z wie die erste Steuerelektrode 131 entlang des gesamten Abstands DX30 zwischen der ersten Mesa 101 und der zweiten Mesa 102 erstrecken muss, sondern sich weniger in der vertikalen Richtung Z erstrecken kann, z. B. in dem gleichen Bereich wie die gesamte Ausdehnung des ersten Anschlussgebiets 1011 bzw. die gesamte Ausdehnung des zweiten Anschlussgebiets 1021 in der vertikalen Richtung Z (DZ13, DZ23 in 5A), z. B. entlang wenigstens 80 % des Abstands DX30 zwischen der ersten Mesa 101 und der zweiten Mesa 102, liegen kann.
  • Der Abstand zwischen dem ersten Zellenteil 141 und den zweiten Zellenteil 142 entlang der ersten lateralen Richtung X oder der zweiten lateralen Richtung Y, im Folgenden auch als „Intrazellenrastermaß“ DX40 bezeichnet, kann innerhalb des Bereichs von 100 nm bis 15000 nm, innerhalb des Bereichs von 300 nm bis 10000 nm oder innerhalb des Bereichs von 500 nm bis 8000 nm liegen.
  • Bei einer Ausführungsform ist die erste Mesa 101 gemäß der folgenden Gleichung (1) dimensioniert, die nachfolgend präsentiert ist: D X 13 ≤ 2 ∗ W m a x ;
    Figure DE102017130092A1_0001
     V m a x = 4 ∗ ε ∗ k ∗ T ∗ ln ( N A n i ) q 2 ∗ N A
    Figure DE102017130092A1_0002
  • Entsprechend ist bei einer Ausführungsform DX13, d. h. die Breite des ersten Kanalgebiets 1011, gleich oder kleiner als zweimal eine maximale Breite Wmax entlang wenigstens 80 %, wenigstens 90 % oder entlang wenigstens 95 % oder sogar entlang wenigstens 99 % der gesamten Ausdehnung der ersten Mesa 101 in der vertikalen Richtung Z, wobei die maximale Breite Wmax gemäß der oben präsentierten Gleichung (1) bestimmt wird, wobei Folgendes gilt:
    • ε = dielektrische Konstante des Materials des ersten Kanalgebiets 1012;
    • k = Boltzmann-Konstante;
    • T = Temperatur;
    • In bezeichnet den natürlichen Logarithmus;
    • NA = Dotierungsstoffkonzentration des Materials des ersten Kanalgebiets 1012;
    • ni = intrinsische Ladungsträgerkonzentration (z. B. 1,45*1010 in dem Fall von Si bei 27 °C); und
    • q = Elementarladung.
  • Bei einer Ausführungsform ist die zweite Mesa 102 entsprechend dimensioniert, d. h. DX23 ist gleich oder kleiner als zweimal eine maximale Breite Wmax entlang wenigstens 80 %, wenigstens 90 % oder entlang wenigstens 95 % oder sogar entlang wenigstens 99 % der gesamten Ausdehnung der ersten Mesa 101 in der vertikalen Richtung Z, wobei die maximale Breite Wmax mit Werten bestimmt wird, die für das zweite Kanalgebiet 1022 zutreffen.
  • Bei einer anderen Ausführungsform kann die zweite Mesa 102 eine Breite DX23 aufweisen, die erheblich größer als die Breite DX13 der ersten Mesa 101, z. B. wenigstens zweimal so groß oder sogar wenigstens zehnmal größer als DX13, ist.
  • Zum Beispiel liegt DX13 (und optional DX23) innerhalb eines Bereichs von 15 nm bis 100 nm, wobei sowohl die Dotierungsstoffkonzentration des ersten Kanalgebiets 1012 als auch die Dotierungsstoffkonzentration des zweiten Kanalgebiets 1022 größer als 8*1018 cm-3 sind.
  • Bei einer Ausführungsform können dementsprechend sowohl das erste Anschlussgebiet 1011, das erste Kanalgebiet 1012, das zweite Anschlussgebiet 1021 als auch das zweite Kanalgebiet 1022 dementsprechend eine Struktur auf Nanometerskala mit einer räumlichen Abmessung in der ersten lateralen Richtung X und/oder der zweiten lateralen Richtung Y und/oder der vertikalen Richtung Z von weniger als 100 nm darstellen. Bei einer Ausführungsform ist die wenigstens eine Richtung, entlang der das jeweilige Gebiet eine Ausdehnung von weniger als 100 nm aufweist, senkrecht zu der Richtung des zutreffenden Laststroms, der innerhalb des jeweiligen Gebiets geleitet wird.
  • Es wird nun auf die Ausführungsformen der Leistungshalbleitervorrichtung 1 Bezug genommen, die in 6 und 7A schematisch und beispielhaft veranschaulicht sind:
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 1 weist den Halbleiterkörper 10 auf, der mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 und der zweiten Lastanschlussstruktur 12 gekoppelt ist, wie oben erklärt ist. Der Halbleiterkörper 10 ist dazu konfiguriert, den Laststrom (vergleiche Bezugsziffer 15 in den vorhergehenden Zeichnungen) zu leiten, und umfasst das Driftgebiet 100 des ersten Leitfähigkeitstyps, wie oben erklärt ist. Die Leistungshalbleitervorrichtung 1 beinhaltet die mehreren Zellen 14. Die Zellen 14 können gleich konfiguriert sein und ein Abschnitt einer Zelle 14 ist in 6 gezeigt. Entsprechend umfasst jede Zelle 14 die erste Mesa 101, die in dem ersten Zellenteil 141 enthalten ist, wobei die erste Mesa 101 Folgendes beinhaltet: das erste Anschlussgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps 1011, das elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 verbunden ist, und das erste Kanalgebiet 1012, das mit dem Driftgebiet 100 gekoppelt ist, wobei optional die erste Mesa 101 eine gesamte Ausdehnung (vergleiche Bezugsziffer DX13) von weniger als 100 nm in der ersten lateralen Richtung X senkrecht zu der vertikalen Richtung Z des Laststromteils innerhalb der ersten Mesa 101, wie oben erklärt, aufweist. Zum Beispiel kann ein erster Kontaktstopfen 111 zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen der ersten Lastanschlussstruktur 11 und dem ersten Anschlussgebiet 1011 eingesetzt werden. Zum Beispiel kann die Isolationsstruktur 133 in dem Gebiet, wo der erste Kontaktstopfen 111 bereitzustellen ist, wenigstens teilweise mit einer Auskleidung 113 bedeckt sein, wie veranschaulicht ist.
  • Jede Zelle 14 umfasst ferner die zweite Mesa 102, die in dem zweiten Zellenteil 142 enthalten ist, wobei die zweite Mesa 102 Folgendes beinhaltet: das zweite Anschlussgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps 1021, und das elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 verbunden ist, und das zweite Kanalgebiet 1022, das mit dem Driftgebiet 100 gekoppelt ist, wie oben erklärt ist. Zum Beispiel kann ein zweiter Kontaktstopfen 112 zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen der ersten Lastanschlussstruktur 11 und dem zweiten Anschlussgebiet 1021 eingesetzt werden. Zum Beispiel kann die Isolationsstruktur 133 in dem Gebiet, wo der zweite Kontaktstopfen 112 bereitzustellen ist, teilweise mit der Auskleidung 113 bedeckt sein, wie veranschaulicht ist.
  • Jede Zelle 14 umfasst ferner die Grabenstruktur 17, einschließlich der Steuerelektrodenstruktur 13 (z. B. implementiert als die gemeinsame/erste Steuerelektrode 131) zum Steuern des Laststroms wenigstens mittels des Inversionskanals in dem ersten Kanalgebiet 1012, wie oben erklärt ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst jede Zelle 14 ferner eine Führungszone 1023 des zweiten Leitfähigkeitstyps, die unterhalb des zweiten Kanalgebiets 1022 angeordnet ist, wobei die Führungszone 1023 lateral mit der zweiten Mesa 102 überlappt und sich lateral zu der ersten Mesa 101 hin erstreckt, während sie lateral nicht mit dieser überlappt, wie in sowohl 6 als auch 7A veranschaulicht ist.
  • Zum Beispiel kann die Führungszone 1023 vollständig mit der zweiten Mesa 102 überlappen, z. B. entlang sowohl der ersten lateralen Richtung X als auch der zweiten lateralen Richtung Y.
  • Bei einer Ausführungsform kann es auch möglich sein, dass die Führungszone 1023 wenigstens teilweise lateral mit der ersten Mesa 101 überlappt, z. B. in einem Teil der Randabschlusszone 18 und/oder innerhalb eines Teils des aktiven Zellenfelds 16. Bei einer Ausführungsform gibt es wenigstens für 80 % des aktiven Zellenfeldes 16 keine laterale Überlappung zwischen der Führungszone 1023 und den ersten Mesas 101. In den verbleibenden 20 % des aktiven Zellenfeldes 16 kann es (oder kann es nicht) eine laterale Überlappung zwischen der Führungszone 1023 und den ersten Mesas 101 geben. Zum Beispiel beträgt das Verhältnis zwischen den Anteilen des aktiven Zellenfelds möglicherweise nicht 80 % zu 20 %, sondern kann zum 90 % zu 10 % oder Beispiel 95 % zu 5 % sein (d. h., in 95 % des aktiven Zellenfelds gibt es keine laterale Überlappung zwischen der Führungszone 1023 und den ersten Mesas 101).
  • Ferner gibt es bei einer Ausführungsform wenigstens für 80 % des aktiven Zellenfeldes 16 eine vollständige laterale Überlappung zwischen der Führungszone 1023 und den zweiten Mesas 102. In den verbleibenden 20 % des aktiven Zellenfeldes 16 kann es (oder kann es nicht) eine laterale Überlappung zwischen der Führungszone 1023 und den zweiten Mesas 102 geben. Zum Beispiel beträgt das Verhältnis zwischen den Anteilen des aktiven Zellenfelds möglicherweise nicht 80 % zu 20 %, sondern kann zum Beispiel 90 % zu 10 % oder 95 % zu 5 % sein (d. h., in 95 % des aktiven Zellenfelds gibt es eine laterale Überlappung zwischen der Führungszone 1023 und den zweiten Mesas 102).
  • Ferner gibt es bei einer Ausführungsform wenigstens für 80 % des aktiven Zellenfeldes 16 eine laterale Überlappung zwischen der Führungszone 1023 und wenigstens 30 % der gesamten Ausdehnungen der ersten Steuerelektroden 131 in der ersten lateralen Ausdehnung X. In den verbleibenden 20 % des aktiven Zellenfeldes 16 kann es (oder kann es nicht) eine laterale Überlappung zwischen der Führungszone 1023 und den ersten Steuerelektroden 131 geben. Zum Beispiel beträgt das Verhältnis zwischen den Anteilen des aktiven Zellenfelds möglicherweise nicht 80 % zu 20 %, sondern kann zum Beispiel 90 % zu 10 % oder 95 % zu 5 % sein (d. h., in 95 % des aktiven Zellenfelds gibt es keine laterale Überlappung zwischen der Führungszone 1023 und der ersten Mesa 101).
  • Bei einer Ausführungsform, wie in 6 veranschaulicht, ist die Führungszone 1023 unterhalb des zweiten Kanalgebiets 1022 angeordnet, während sie räumlich von sowohl dem ersten als auch dem zweiten Kanalgebiet 1012, 1022 entlang der vertikalen Richtung Z verschoben ist. Zusätzlich oder alternativ dazu kann jede Zelle 14 bei einer Ausführungsform, wie in 7A veranschaulicht, ferner eine Barrierezone 105 des ersten Leitfähigkeitstyps umfassen, die zwischen der Führungszone 1023 und der Grabenstruktur 17 angeordnet ist, wobei die Barrierezone 105 optional eine Dotierungsstoffkonzentration wenigstens zweimal so groß wie die Dotierungsstoffkonzentration des Driftgebiets 100 aufweist.
  • Die Führungszone 1023 kann eine Dotierungsstoffkonzentration von wenigstens 1015 cm-3, von wenigstens 1016 cm3 oder von wenigstens 2*1017 cm-3 aufweisen. Bei einer Ausführungsform ist die Dotierungsstoffkonzentration der Führungszone 1023 wenigstens so groß wie eine gesamte Konzentration von Ladungsträgern, die in dem Driftgebiet 100 während des leitenden Zustands der Vorrichtung 1 vorliegen, z. B. wenigstens 2*1017 cm-3. Die Dotierungsstoffkonzentration der Führungszone 1023 kann z. B. entlang der vertikalen Richtung Z und/oder der ersten lateralen Richtung X variieren. Zum Beispiel kann eine maximale Dotierungsstoffkonzentration innerhalb eines inneren Teils (mit Bezug auf die vertikale Richtung Z), z. B. innerhalb eines oberen inneren Teils, vorliegen. Ferner kann die Dotierungsstoffkonzentration entlang der Richtung zu der ersten Mesa 101 hin abnehmen. Die Dotierungsstoffkonzentration kann mit Bezug auf die vertikale Richtung Z asymmetrisch sein und kann z. B. im Vergleich zu der Richtung zu der ersten Lastanschlussstruktur 11 hin eine tiefere nachziehende Charakteristik in der Richtung zu der zweiten Lastanschlussstruktur 12 hin aufweisen; d. h. die Abnahme der Dotierungsstoffkonzentration der Führungszone 1023 kann im Vergleich zu einer Abnahme der Dotierungsstoffkonzentration der Führungszone 1023 entlang eines Abstands zu der ersten Lastanschlussstruktur 11 hin für einen längeren Abstand zu der zweiten Lastanschlussstruktur 12 hin vorhanden sein.
  • Zum Beispiel ist die Führungszone 1023 weder elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 noch mit der zweiten Lastanschlussstruktur 12 verbunden. Zum Beispiel ist die Führungszone 1023 von der zweiten Lastanschlussstruktur 12 wenigstens mittels eines Abschnitts des Driftgebiets 100 getrennt.
  • Ferner kann die Führungszone 1023 von dem zweiten Kanalgebiet 1022 mittels eines Halbleiterteils des ersten Leitfähigkeitstyps, z. B. durch einen Abschnitt des Driftgebiets 100 und/oder einen Abschnitt der Barrierezone 105, getrennt sein.
  • Bei einer Ausführungsform beträgt ein minimaler Abstand entlang der vertikalen Richtung Z zwischen dem zweiten Kanalgebiet 1022 und der Führungszone 1023 wenigstens 50 nm, wenigstens 100 nm oder wenigstens 250 nm.
  • Bei einer Ausführungsform beträgt ein maximaler Abstand entlang der vertikalen Richtung Z zwischen dem zweiten Kanalgebiet 1022 und der Führungszone 1023 höchstens 3000 nm, höchstens 1500 nm oder höchstens 500 nm.
  • Daher kann die Führungszone 1023 von dem zweiten Kanalgebiet 1022 um einen Abstand zwischen dem minimalen Abstand und dem maximalen Abstand, die oben erwähnt sind, getrennt sein.
  • Ferner beträgt ein minimaler Abstand DXmin entlang der ersten lateralen Richtung X zwischen der Führungszone 1023 und der ersten Mesa 101 wenigstens 100 nm. Dieser Abstand ist jedoch gemäß einer Ausführungsform nicht größer als 1000 nm oder nicht größer als 500 nm.
  • Jedoch kann es, wie oben angegeben, obwohl die Führungszonen 1023 innerhalb des aktiven Zellenfelds 16 typischerweise von den zweiten Kanalgebieten 1022 mittels Halbleiterteilen des ersten Leitfähigkeitstyps getrennt sind, angemessen sein, innerhalb der Randabschlusszone 18 wenigstens einen (nicht veranschaulichten) Pfad des zweiten Leitfähigkeitstyps zwischen einer der Führungszonen und der ersten Lastanschlussstruktur 11 bereitzustellen.
  • Die Barrierezone 105 kann lateral mit sowohl der ersten Mesa 101 als auch der zweiten Mesa 102 (teilweise oder vollständig) überlappen. Dementsprechend können das Kanalgebiet 1012 der ersten Mesa 101 und das Kanalgebiet 1022 der zweiten Mesa 102 innerhalb des Halbleiterkörpers 10 miteinander verbunden sein mittels:
    1. a) eines ersten Pfades des ersten Leitfähigkeitstyps, z. B. gebildet mittels der Barrierezone 105 und/oder mittels eines Abschnitts des Driftgebiets 100; und
    2. b) eines zweiten Pfades mit einer npn-Konfiguration, der durch die Barrierezone 105 (bzw. einen Abschnitt des Driftgebiets 100) und durch die Führungszone 1023 (die den p-Teil der npn-Konfiguration des zweiten Pfades bildet) gebildet ist.
  • Wie in sowohl 6 als auch 7A veranschaulicht und weiter oben erklärt wurde, kann die Steuerelektrodenstruktur 13 die erste Steuerelektrode 131 innerhalb der Grabenstruktur 17 beinhalten. Die erste Steuerelektrode 131 kann auf eine solche Weise konfiguriert sein, dass sie sowohl den Inversionskanal innerhalb des ersten Kanalgebiets 1012 als auch den Akkumulationskanal innerhalb des zweiten Kanalgebiets 1022 steuern kann. Falls die erste Steuerelektrode 131 auf eine solche Weise konfiguriert ist, kann sie daher auch als eine gemeinsame Steuerelektrode 131 bezeichnet werden.
  • Bei einer Ausführungsform überlappt die Führungszone 1023 lateral mit der ersten (gemeinsamen) Steuerelektrode 131 entlang der ersten lateralen Richtung X für wenigstens 60 % oder für wenigstens 80 % der gesamten lateralen Ausdehnung der ersten Steuerelektrode 131 in dieser ersten lateralen Richtung X. Dementsprechend ist eine signifikante laterale Überlappung zwischen der ersten (gemeinsamen) Steuerelektrode 131 und der Führungszone 1023 gebildet. Zum Beispiel kann die Führungszone 1023 dadurch dazu konfiguriert sein, die erste (gemeinsame) Steuerelektrode 131 gegenüber einem elektrischen Potential innerhalb des Driftgebiets 100 abzuschirmen, wodurch eine ungewünschte kapazitive Kopplung reduziert wird. Dies kann eine verbesserte Steuerbarkeit eines Schaltvorgangs ergeben. Gemäß einer Ausführungsform kann die erste (gemeinsame) Steuerelektrode 131 gleichzeitig oder alternativ einen nicht abgeschirmten Unterteil aufweisen, der keine laterale Überlappung mit der Führungszone 1023 aufweist, z. B. ist ein solches nicht abgeschirmtes Gebiet der ersten (gemeinsamen) Steuerelektrode 131 kleiner als 40 % oder 20 % der gesamten lateralen Ausdehnung der ersten Steuerausdehnung der ersten Steuerelektrode 131 in der ersten lateralen Richtung X. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der nicht abgeschirmte Unterteil der ersten Steuerelektrode 131 kürzer als 1000 nm oder kürzer als 500 nm in der ersten lateralen Richtung. Zum Beispiel ist der nicht abgeschirmte Unterteil der ersten Steuerelektrode 131 der Unterteil der ersten Steuerelektrode 131, der am nächsten zu der ersten Mesa 101 ist.
  • Die Grabenstruktur 17, die die erste (gemeinsame) Steuerelektrode 131 beherbergt, kann eine erste Grabenseitenwand 171, die an die erste Mesa 101 anstößt, eine zweite Grabenseitenwand 172, die an die zweite Mesa 102 anstößt, und eine Grabenunterseite 175 zwischen der ersten Grabenseitenwand 171 und der zweiten Grabenseitenwand 172 umfassen. Die erste (gemeinsame) Steuerelektrode 131 kann sich näherungsweise von der ersten Seitenwand 171 zu näherungsweise der zweiten Grabenseitenwand 172 erstrecken, wobei die erste (gemeinsame) Steuerelektrode 131 weder die erste Mesa 101 noch die zweite Mesa 102 kontaktiert, sondern elektrisch von diesen mittels der Isolationsstruktur 133 isoliert ist.
  • Zum Beispiel stößt die Grabenunterseite 175 an entweder das Driftgebiet 100 oder, falls vorhanden, an die Barrierezone 105 an, die im Vergleich zu der Driftgebietsdotierungsstoffkonzentration eine erheblich erhöhte Dotierungsstoffkonzentration aufweisen kann.
  • Zum Beispiel kann das Bereitstellen der Barrierezone 105 angemessen sein, falls die erste Steuerelektrode 131 sich im Wesentlichen von der ersten Grabenseitenwand 171 zu der zweiten Grabenseitenwand 172 erstreckt, d. h., falls die erste Steuerelektrode 131 die gemeinsame Steuerelektrode für sowohl die erste Mesa 101 als auch die zweite Mesa 102 ist. Dann kann eine ungewollte kapazitive Kopplung zwischen dem Halbleiterkörper 10 und der ersten (gemeinsamen) Steuerelektrode 131 mittels der Barrierezone 105 vermieden werden und mittels einer Barriereteilzone 1052 (vergleiche ausführlichere Erklärung unten) sogar effektiver vermieden werden. Falls die Steuerelektrodenstruktur 13 bei einer anderen Ausführungsform getrennte Steuerelektroden 131 und 132 für die erste Mesa 101 und die zweite Mesa 102 beinhaltet und falls zum Beispiel die zwei Steuerelektroden 131 und 132 mittels der Isolationsstruktur 133 voneinander getrennt sind (wie beispielhaft in 3A-B, 5A, 9 und 17 veranschaulicht), kann die Barrierezone 105 auch weggelassen werden.
  • Bei einer Ausführungsform, wie in 7B veranschaulicht, beträgt eine erste Dicke entlang der ersten lateralen Richtung X der Isolationsstruktur 133 zwischen der ersten Grabenseitenwand 171 und der ersten Steuerelektrode 131 weniger als eine Hälfte einer zweiten Dicke entlang der vertikalen Richtung Z der Isolationsstruktur 133 zwischen der Grabenunterseite 175 und der ersten Steuerelektrode 131. Daher kann die Isolationsstruktur 133 im Vergleich zu dem Gebiet bei der ersten Grabenseitenwand 171 eine größere Dicke bei der Grabenunterseite 175 aufweisen. Zum Beispiel verschmelzen in einem Übergangsteilgebiet 174 der Grabenstruktur 17 die Grabenunterseite 175 und die erste Grabenseitenwand 171 miteinander und nimmt die Dicke der Isolatorstruktur 133 z. B. allmählich von der ersten Dicke zu der zweiten Dicke zu.
  • Zum Beispiel ist die zweite Dicke sogar größer als zweimal die erste Dicke, z. B. wenigstens dreimal so groß oder sogar größer als viermal die erste Dicke.
  • Gemäß einer Ausführungsform beträgt die Dicke der Isolationsstruktur 133 entlang des gesamten Verlaufs der ersten Steuerelektrode 131 entlang der ersten lateralen Richtung X außerhalb des Übergangsteilgebiets 174 wenigstens die zweite Dicke. Zum Beispiel ermöglicht der vergleichsweise dicke Isolator (z. B. ein Oxid) bei der Grabenunterseite 175 es, eine ungewünschte kapazitive Kopplung zwischen dem Halbleiterkörper 10 und der ersten Steuerelektrode 131 zu reduzieren. Es kann ferner angemessen sein, die zweite Dicke zu begrenzen; z. B. kann es hinsichtlich der Steuerbarkeit angemessen sein, die zweite Dicke nicht größer als 100-mal die erste Dicke, z. B. kleiner als 50-mal oder kleiner als 20-mal oder kleiner als 10-mal die erste Dicke, zu gestalten.
  • Es versteht sich, dass ein solches Übergangsteilgebiet 174 (z. B. wie in 7B veranschaulicht) auch bei der schematisch in 6 gezeigten Ausführungsform implementiert werden kann und dass das Übergangsteilgebiet 174 auch bei einem Übergang zwischen der Grabenunterseite 175 und der zweiten Grabenseitenwand 172 implementiert werden kann.
  • Zum Beispiel kann eine allmähliche Zunahme der Dicke der Isolationsstruktur 133 in dem (den) Übergangsteilgebiet(en) 174 ein robusteres Betriebsverhalten der Leistungshalbleitervorrichtung 1 ergeben, da ein ungewollter Einfluss potentieller lokaler Zunahmen der elektrischen Feldstärke bei oder in der Nähe zu dem (den) Übergangsteilgebiet(en) 174 vermieden werden kann.
  • Zusätzlich oder alternativ zu dem oben beschriebenen Übergangsteilgebiet 174 kann die erste Mesa 101 eine Mesaöffnung mit einer Breite wenigstens zweimal so groß wie ihre gesamte Ausdehnung (vergleiche Bezugsziffer DX13) in der ersten lateralen Richtung X aufweisen. Zum Beispiel ist die Breite der Mesaöffnung der ersten Mesa 101 durch den Abstand in der ersten lateralen Richtung X zwischen zwei angrenzenden Grabenunterseiten 175 der Grabenstruktur 17 definiert. Dieser optionale Aspekt ist auch schematisch in 5A veranschaulicht, nämlich mittels des gepunkteten und gebogenen Verlaufs, der die Grabenseitenwände 171/172 mit den Grabenunterseiten 175 verknüpft. Dementsprechend kann, obwohl die erste Mesa 101 ihre Breite entlang der ersten lateralen Richtung X von nicht mehr als 100 nm in einem Abschnitt der ersten Mesa 101 aufweisen kann, der vollständig mit der ersten Steuerelektrode 131 entlang der vertikalen Richtung Z überlappt, eine solche maximale Breite bei der Mesaöffnung z. B. um wenigstens einen Faktor von zwei erhöht werden.
  • Zum Beispiel ist die Mesaöffnung durch einen entsprechenden gekrümmten Verlauf der Isolationsstruktur 133 gebildet; z. B. beträgt ein Radius, der die Mesaöffnung definiert, wenigstens dreimal, wenigstens fünfmal oder wenigstens zehnmal die erste Dicke der Isolationsstruktur 133, die oben erwähnt ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann auch die zweite Mesa 102 eine entsprechende Mesaöffnung mit einer Breite wenigstens zweimal so groß wie ihre gesamte Ausdehnung (vergleiche Bezugsziffer DX23) in der ersten lateralen Richtung X aufweisen. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann auch die zweite Mesa 102 eine Öffnung aufweisen, die durch einen entsprechenden gekrümmten Verlauf der Isolationsstruktur 133 gebildet ist; z. B. beträgt ein Radius, der die Mesaöffnung definiert, wenigstens dreimal, wenigstens fünfmal oder wenigstens zehnmal die erste Dicke der Isolationsstruktur 133, die oben erwähnt ist.
  • Wie bereits oben angegeben, kann die Barrierezone 105 zwischen der Führungszone 1023 und dem zweiten Kanalgebiet 1022 bereitgestellt sein. Zum Beispiel umfasst die Barrierezone 105 die Barriereteilzone 1052 in Kontakt mit der Grabenunterseite 175, wobei die Barriereteilzone 1052 eine Dotierungsstoffkonzentration wenigstens so groß wie die Dotierungsstoffkonzentration des Driftgebiets 100 aufweist. Die Dotierungsstoffkonzentration der Barriereteilzone 1052 kann größer als zweimal die Dotierungsstoffkonzentration des Driftgebiets 100 sein; z. B. kann die Dotierungsstoffkonzentration der Barriereteilzone 1052 größer als 50-mal, größer als 500-mal, 2000-mal die Dotierungsstoffkonzentration des Driftgebiets 100 sein. Zum Beispiel kann die Dotierungsstoffkonzentration der Barriereteilzone 1052 wenigstens 1017 cm-3 betragen. Ferner kann die Barriereteilzone 1052 eine größere Dotierungsstoffkonzentration als der verbleibende Teil der Barrierezone 105, d. h. der Teil der Barrierezone 105, der nicht die Teilzone 1052 ist, aufweisen. Ferner kann sich die Barriereteilzone 1052 in Kontakt mit der Grabenunterseite 175 innerhalb des Übergangsteilgebiets 174 befinden. Dementsprechend kann bei dem Übergangsteilgebiet 174 der Grabenstruktur 17 ein Halbleitergebiet des ersten Leitfähigkeitstyps mit einer erheblich erhöhten Dotierungsstoffkonzentration angeordnet sein.
  • Zum Beispiel ist die Barriereteilzone 1052 dazu konfiguriert, zu verhindern, dass sich Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps der Grabenunterseite 175 annähern. Zum Beispiel ermöglicht dies das Reduzieren einer ungewünschten kapazitiven Kopplung zwischen der ersten Steuerelektrode 131 und dem Halbleiterkörper 10.
  • Bei einer Ausführungsform zeigt die Barriereteilzone 1052 eine Dicke von weniger als 100 nm auf. Obwohl die Barrierezone 105 lateral vollständig mit sowohl der ersten Mesa 101 als auch der zweiten Mesa 102 überlappen kann, endet die Barriereteilzone 1052 bei einer Ausführungsform bei den Übergangsteilgebieten 174, d. h. in dem Gebiet, wo die Grabenunterseite 175 mit der ersten Grabenseitenwand 171 verschmilzt, und/oder in dem Gebiet, wo die Grabenunterseite 175 mit der zweiten Grabenseitenwand 172 verschmilzt.
  • Die Barrierezone 105 ist möglicherweise nicht nur zwischen der Führungszone 1023 und der Grabenunterseite 175 angeordnet, sondern kann sich auch lateral weiter erstrecken, z. B. so, dass sie lateral vollständig mit der ersten Mesa 101 überlappt, wie schematisch in 7A und 7B veranschaulicht ist. Allerdings erstreckt sich die Barrierezone 105 bei einer Ausführungsform im Vergleich zu der Führungszone 1023 nicht weiter entlang der vertikalen Richtung Z.
  • Zum Beispiel bedeckt die Barriereteilzone 1052 die Grabenunterseite 175. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Barriereteilzone 1052 sogar wenigstens teilweise mit der ersten Mesa 101 lateral überlappen. Oder, wie in den meisten der Zeichnungen veranschaulicht, überlappt wenigstens die Barrierezone 105 lateral wenigstens teilweise mit der ersten Mesa 101. Zum Beispiel kann es durch Bereitstellen einer erhöhten Dotierungsstoffkonzentration von Dotierungsstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps in dem Gebiet unterhalb der ersten Mesa 101 vermieden werden, dass sich Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps dem Gebiet direkt unterhalb der ersten Mesa 101 annähern.
  • Zum Beispiel bildet ein Wechsel entlang der vertikalen Richtung Z zwischen der Barrierezone 105 und der Führungszone 1023 einen oberen pn-Übergang 1051 und bildet ein Wechsel entlang der vertikalen Richtung Z zwischen der Führungszone 1023 und dem Driftgebiet 100 einen unteren pn-Übergang 1001. Zum Beispiel beträgt der Abstand entlang der vertikalen Richtung Z zwischen der Grabenunterseite 175 und dem oberen pn-Übergang 1051 wenigstens 50 nm und nicht mehr als 500 nm, wobei in Abhängigkeit von der Konfiguration der Grabenstruktur 17 ein solcher Abstand erheblich größer sein kann (vergleiche zum Beispiel 9). Daher kontaktiert die Führungszone 1023 bei einer Ausführungsform die Grabenstruktur 17 nicht, sondern ist durch ein Halbleitergebiet des ersten Leitfähigkeitstyps, z. B. durch die Barrierezone 105, von dieser getrennt. Ferner kann der Abstand zwischen den zwei pn-Übergängen 1051 und 1001, d. h. die maximale Dicke der Führungszone 1023 entlang der vertikalen Richtung Z, innerhalb des Bereichs von 300 nm bis 5000 nm liegen. Jedoch kann, wie aus den Erklärungen weiter unten ersichtlich wird, eine solche maximale Dicke entlang der ersten lateralen Richtung X variieren. Unabhängig davon, ob die Dicke variiert oder nicht, kann die maximale Dicke der Führungszone 1023 entlang der vertikalen Richtung Z in jedem Fall weniger als ein Zehntel der gesamten Ausdehnung des Halbleiterkörpers 10 entlang der vertikalen Richtung Z betragen.
  • Zum Beispiel kann die maximale Dicke der Führungszone 1023 entlang der vertikalen Richtung Z in jedem Fall innerhalb des Bereichs eines Faktors von 0.5 bis 10 der gesamten Ausdehnung der ersten Mesa 101 entlang der vertikalen Richtung Z liegen.
  • Wie oben erklärt wurde, kann die Führungszone 1023 von dem zweiten Kanalgebiet 1022 mittels eines Halbleiterteils des ersten Leitfähigkeitstyps, z. B. durch einen Abschnitt des Driftgebiets 100 und/oder einen Abschnitt der Barrierezone 105 getrennt sein. Das zweite Kanalgebiet 1022 kann einen pn-Übergang mit dem Halbleiterteil des ersten Leitfähigkeitstyps bilden und die beispielhaften minimalen Abstände und maximalen Abstände zwischen der Führungszone 1023 und dem zweiten Kanalgebiet 1022 entlang der vertikalen Richtung Z, wie oben erwähnt, können die minimalen Abstände und maximalen Abstände zwischen dem pn-Übergang 1051 und dem pn-Übergang, der zwischen dem zweiten Kanalgebiet 1022 und wenigstens dem Halbleiterteil des ersten Leitfähigkeitstyps (durch einen Abschnitt des Driftgebiets 100 und/oder einen Abschnitt der Barrierezone 105) gebildet wird, sein.
  • Zum Beispiel kann die Dicke der Führungszone 1023 hinsichtlich der schematisch und beispielhaft in 15 veranschaulichten Ausführungsform um einen Faktor von wenigstens zwei abnehmen, während sie sich lateral zu der ersten Mesa 101 hin ausdehnt. Ferner kann der Abstand zwischen der Unterseite der Grabenstruktur 175 und der Führungszone 1023 im Wesentlichen konstant verbleiben, während sich die Führungszone 1023 lateral zu der ersten Mesa 101 hin ausdehnt und ihre Dicke abnimmt. Zum Beispiel ändert sich der Abstand zwischen der Grabenunterseite 175 und dem oberen pn-Übergang 1051 nicht, während sich die Führungszone 1023 zu der ersten Mesa 101 hin ausdehnt. Jedoch kann der Abstand zwischen den zwei pn-Übergängen 1051 und 1001 abnehmen, während sich die Führungszone 1023 zu der ersten Mesa 101 hin ausdehnt.
  • Zum Beispiel bildet eine solche Abnahme der Dicke einen ausbuchtungsartigen Abschnitt der Führungszone 1023, der eine bessere Steuerung des lateralen Endes der Führungszone 1023 in der lateralen Richtung zu der ersten Mesa 101 hin ermöglichen kann, oder eine Öffnung DXmin der Führungszone 1023 unter der ersten Mesa 101, wie oben beschrieben ist.
  • Eine solche beispielhafte Form der Führungszone 1023 ist auch möglich, falls die Steuerelektrodenstruktur 13 die getrennte erste und zweite Steuerelektrode 131 und 132 beinhaltet, wie in 17 gezeigt ist.
  • Wie bereits oben angegeben wurde, kann die Führungszone 1023 eine verbesserte Steuerbarkeit von Schaltvorgängen der Leistungshalbleitervorrichtung 1 ergeben.
  • Zum Beispiel zeigt eine Verbindung zwischen dem zweiten Kanalgebiet 1022 und der Führungszone 1023 eine erste elektrische Leitfähigkeit während eines ersten Betriebszustands (z. B. des leitenden Zustands) der Leistungshalbleitervorrichtung 1 und eine zweite elektrische Leitfähigkeit während eines zweiten Betriebszustands (z. B. des Sperrzustands) der Leistungshalbleitervorrichtung 1 auf. Die zweite elektrische Leitfähigkeit kann um einen Faktor von wenigstens zehn größer als die erste elektrische Leitfähigkeit sein. Dementsprechend kann der Stromfluss durch das zweite Kanalgebiet 1022, z. B. wenigstens während eines Übergangs von dem leitenden Zustand zu dem Sperrzustand der Leistungshalbleitervorrichtung 1, um einen Faktor von wenigstens zehn größer als der Stromfluss durch das zweite Kanalgebiet 1022 während eines leitenden Zustands der Leistungshalbleitervorrichtung sein. Zum Beispiel kann dadurch die Ableitung von Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps (z. B. des zweiten Laststroms 152) kurz vor und/oder während eines Ausschaltvorgangs und/oder während des Sperrzustands der Leistungshalbleitervorrichtung 1 erhöht werden.
  • Zum Beispiel weicht das elektrische Potential der Führungszone 1023 während des Übergangs von dem ersten Betriebszustand zu dem zweiten Betriebszustand um höchstens 3 V, um höchstens 1,5 V oder um sogar weniger als 0,5 V von dem elektrischen Potential der ersten Lastanschlussstruktur 11 ab. Bei einer Ausführungsform wird diese Spannungsdifferenz entlang des Pfades zwischen dem oberen pn-Übergang 1051 und dem zweiten Kanalgebiet 1022 verursacht.
  • Ferner ist die Führungszone 1023 bei einem Beispiel während des Sperrzustands der Leistungshalbleitervorrichtung 1 und/oder während eines Übergangs von dem leitenden Zustand zu dem Sperrzustand dazu konfiguriert, Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps und/oder ein elektrisches Potential, das von dem elektrischen Potential des zweiten Kanalgebiets 1022 um wenigstens 50 mV und weniger als 3 V verschieden ist, entlang eines Pfades zwischen der ersten Mesa 101 und der zweiten Mesa 102 zu führen. Dieser Spannungsbereich kann in Abhängigkeit von der Anwendung auch unterschiedlich gewählt werden, z. B. liegt er innerhalb von 50 mV bis 3 V oder innerhalb von 100 mV bis 1,5 V oder innerhalb von 150 mV bis 500 mV. Wieder wird diese Spannungsdifferenz bei einer Ausführungsform entlang des Pfades zwischen dem oberen pn-Übergang 1051 und dem zweiten Kanalgebiet 1022 verursacht, welcher vollständig durch einen Halbleiterteil des ersten Leitfähigkeitstyps gebildet sein kann, z. B. durch einen Abschnitt des Driftgebiets 100 und/oder einen Abschnitt der Barrierezone 105, wie oben erklärt ist.
  • Hinsichtlich aller oben beschriebener Ausführungsformen versteht es sich, dass sowohl das erste Kanalgebiet 1012 als auch das zweite Kanalgebiet 1022 von dem zweiten Leitfähigkeitstyp sein können. Dementsprechend können sowohl das erste Kanalgebiet 1012 als auch das zweite Kanalgebiet 1022 einen jeweiligen pn-Übergang mit einem Halbleitergebiet des ersten Leitfähigkeitstyps bilden, das darunter angeordnet ist, z. B. entweder mit dem Driftgebiet 100 oder mit der Barrierezone 105.
  • Wie oben angegeben, kann die Steuerelektrodenstruktur 13 eine getrennte Steuerelektrode für jeden Zellenteil 141 und 142 umfassen. Zum Beispiel ist, wie in 8A-D jeweils veranschaulicht, die erste Steuerelektrode 131 mit der ersten Mesa 101 assoziiert, wobei die zweite Steuerelektrode 132 mit der zweiten Mesa 102 assoziiert ist. Die Steuerelektroden 131 und 132 können nicht nur getrennt voneinander angeordnet sein, sondern können sich auch in einer relativen Position zu der assoziierten Mesa 101/102 und/oder in einer Abmessung und/oder in einem Material voneinander unterscheiden. Die erste Steuerelektrode 131 ist zum Steuern von wenigstens der ersten Mesa 101 konfiguriert und die zweite Steuerelektrode 132 ist zum Steuern von wenigstens der zweiten Mesa 102 konfiguriert.
  • Zum Beispiel sind gemäß der schematisch in 8A veranschaulichten Ausführungsform die Steuerelektroden 131 und 132 getrennt voneinander angeordnet, unterscheiden sich aber nicht hinsichtlich der relativen Position mit Bezug auf die assoziierte Mesa 101/102. Zum Beispiel kann dies eine symmetrische Anordnung des ersten Zellenteils 141 und des zweiten Zellenteils 142 innerhalb der Zelle ergeben. Die Steuerelektroden 131 und 132 können mittels der Isolationsstruktur 133 voneinander getrennt sein. Die Führungszone 1023 kann zum Beispiel vollständig mit der zweiten Steuerelektrode 132 überlappen, die mit der zweiten Mesa 102 assoziiert ist, und z. B. nur teilweise mit der ersten Steuerelektrode 131, die mit der ersten Mesa 101 assoziiert ist, in der ersten lateralen Richtung X überlappen. Falls vorhanden, kann die Barriereteilzone 1052 lateral mit den beiden Steuerelektroden 131, 132 in der ersten lateralen Richtung X überlappen.
  • Wie auch weiter oben angegeben wurde, können beide Steuerelektroden 131, 132 mit dem identischen Steuersignal versorgt werden; zum Beispiel kann die erste Steuerelektrode 131 elektrisch mit der zweiten Steuerelektrode 132 verbunden sein. Bei einer anderen Ausführungsform sind die Steuerelektroden 131 und 132 elektrisch voneinander isoliert und können daher mit individuellen Steuersignalen versorgt werden, z. B. ist ein (nicht veranschaulichter) Treiber dazu konfiguriert, das erste Steuersignal an die erste Steuerelektrode 131 und ein zweites Steuersignal an die zweite Steuerelektrode 132 zu liefern. Die letztere Variante kann ein flexibleres Steuerschema bereitstellen, erfordert aber auch eine entsprechende Treiberkonfiguration.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform können die erste Steuerelektrode 131 und die zweite Steuerelektrode 132 mittels eines definierten ohmschen Widerstands miteinander verbunden sein. Dann kann ein einziges Steuersignal an beide Elektroden geliefert werden, wobei das solche einzige Steuersignal eine dynamische Spannungsdifferenz zwischen der ersten Steuerelektrode 131 und der zweiten Steuerelektrode 132 während des Schaltens und die gleiche Spannung an beiden Elektroden während eines statischen Einschaltzustands (hier auch als leitender Zustand bezeichnet) und eines statischen Ausschaltzustands (hier auch als Sperrzustand bezeichnet) bewirken kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform zeigt die zweite Mesa 102 im Vergleich zu der ersten Mesa 101 einen größeren gesamten Ausdehnungsbereich entlang der ersten lateralen Richtung X (d. h. eine größere Breite) auf. Dieser optionale Aspekt ist auch in 8A und 8C veranschaulicht, wobei die Breite der zweiten Mesas 102 zum Beispiel größer als zweimal die Breite der ersten Mesa 101 sein kann. Gemäß einer anderen Ausführungsform und wie schematisch in 8D veranschaulicht, kann die zweite Mesa 102 im Vergleich zu der ersten Mesa 101 einen kleineren gesamten Ausdehnungsbereich entlang der ersten lateralen Richtung X (d. h. eine kleinere Breite) aufweisen. Optional kann die erste Mesa 101 auch einen Kontaktdotierungsteil 1019 aufweisen, der durch die gepunktete Linie in 8D gezeigt ist.
  • Wie in 8B-D veranschaulicht, kann das Bereitstellen der getrennten Steuerelektroden 131 und 132 eine Gestaltung der Zelle 14 gemäß einer asymmetrischen Gestaltung ermöglichen. Zum Beispiel kann sich die erste Steuerelektrode 131 oder die zweite Steuerelektrode 132 im Vergleich zu der anderen Steuerelektrode weiter entlang der vertikalen Richtung Z erstrecken. Zum Beispiel kann dadurch die erste Mesa 101 im Vergleich zu der zweiten Mesa 102 eine unterschiedliche gesamte Ausdehnung entlang der vertikalen Richtung Z, z. B. eine kürzere (vergleiche 8A), aufweisen.
  • Zum Beispiel kann die Steuerelektrode, die im Vergleich zu der anderen Steuerelektrode tiefer angeordnet ist, eine größere gesamte Ausdehnung entlang der ersten lateralen Richtung X aufweisen. Zum Beispiel überlappt die Barriereteilzone 1052, falls vorhanden, lateral lediglich mit der Steuerelektrode, die tiefer als die andere angeordnet ist. Das Herstellen des Grabens 17 für die erste Steuerelektrode 131 und die zweite Steuerelektrode 132 (mit z. B. unterschiedlichen räumlichen Konfigurationen) kann einen oder mehrere Trockenätzprozesse (z. B. RIE: Reactive Ion Etch - reaktives lonenätzen) beinhalten, wobei die Ätzgeschwindigkeit in der vertikalen Richtung Z von der Öffnung einer Maske abhängen kann, die die Breite des Grabens 17 definiert. Dementsprechend können unterschiedlich breite Öffnungen zu unterschiedlich tief geätzten Gräben führen, wobei größere Maskenöffnungen zu tieferen Gräben führen, wie in 8B-C gezeigt ist.
  • Gemäß der schematisch und beispielhaft in 11A-B veranschaulichten Ausführungsform kann die Grabenstruktur 17 ferner eine Source-Elektrode 1150 beinhalten, die elektrisch von der Steuerelektrodenstruktur 13 isoliert ist (z. B. von sowohl der ersten Steuerelektrode 131 als auch der zweiten Steuerelektrode 132) und elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 mittels eines weiteren Kontaktstopfens 115 verbunden ist. Wie in 11A veranschaulicht, kann der weitere Stopfen 115 einen Teil der Source-Elektrode 1150 bilden. Zum Beispiel ist die Source-Elektrode 1150 als eine Grabenelektrode implementiert. Zum Beispiel kann sie zwischen der ersten Steuerelektrode 131 und der zweiten Steuerelektrode 132 angeordnet sein. Bei einer Ausführungsform überlappt die Source-Elektrode 1150 lateral mit der Führungszone 1023, wobei die Isolationsstruktur 133 eine minimale Dicke dZZ von wenigstens 50 nm in einem Gebiet aufweisen kann, in dem eine solche Überlappung vorliegt.
  • Zum Beispiel ist der Abstand zwischen der Source-Elektrode 115 und der Grabenunterseite 175 größer als der Abstand zwischen der ersten Steuerelektrode 131 und der Grabenunterseite 175. Bei einer Ausführungsform überlappt die Source-Elektrode 115 lateral entlang ihrer gesamten Ausdehnung mit der Führungszone 1023 in der ersten lateralen Richtung X. Falls vorhanden, kann die Source-Elektrode 115 ferner lateral entlang ihrer gesamten Ausdehnung mit der Barrierezone 105 in der ersten lateralen Richtung X oder, falls vorhanden, mit der Barriereteilzone 1052 in der ersten lateralen Richtung X überlappen.
  • Bei einer Ausführungsform kann eine Grabenelektrodenstruktur, wie in 11B veranschaulicht, lateral so strukturiert sein, dass die erste Steuerelektrode 131, die Steuerelektrode 132 (beide mit den Funktionalitäten wie oben beschrieben) und die Source-Elektrode 1150, die elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 verbunden sein kann (vergleiche Kontaktstopfen 115), erhalten werden. Zum Beispiel kann die Isolationsstruktur 133 die minimale Dicke dZZ zwischen der Source-Elektrode 1150 und der Grabenunterseite 175 von wenigstens zweimal die Dicke oder dreimal die Dicke oder viermal die Dicke der Isolationsstruktur 133 in der ersten lateralen Richtung zwischen einer der ersten Steuerelektrode 131 (oder der zweiten Steuerelektrode 132) und der ersten Mesa 101 (oder der zweiten Mesa 102) aufweisen; z. B. wenigstens zweimal die oben erwähnte erste Dicke.
  • Bei einer noch anderen Ausführungsform ist die Elektrode 1150 nicht elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 verbunden, sondern mit einem anderen elektrischen Potential bzw. ist die Elektrode 1150 elektrisch potentialfrei.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann jede Zelle 14 mehr als eine erste Mesa 101 und/oder mehr als eine zweite Mesa 102 umfassen. Zum Beispiel kann unter Bezugnahme auf 12 die Anzahl an zweiten Mesas 102, die in jeder Zelle 14 enthalten sind, größer als die Anzahl an ersten Mesas 101 sein. Zum Beispiel umfasst jede Zelle 14 nur eine erste Mesa 101 und zwei oder mehr zweite Mesas 102. Z. B. überlappt die Führungszone 1023 in einem solchen Fall lateral entlang der ersten lateralen Richtung X mit jeder der zweiten Mesas 102, wie in 11 veranschaulicht ist. Ferner kann die Barrierezone 105, falls vorhanden, mehr als eine Barriereteilzone 1052, z. B. unterhalb jeder Grabenunterseite 175, umfassen. Zum Beispiel ist keine laterale Überlappung zwischen den Barriereteilzonen 1052 und den ersten und zweiten Mesas 101, 102 ausgebildet.
  • Zum Beispiel kann das Verhältnis zwischen der Anzahl an ersten Mesas 101 und der Anzahl an zweiten Mesas 102 abhängig von einem gewünschten Schaltverhalten gewählt werden. Falls zum Beispiel ein schnellerer Ausschaltvorgang gewünscht ist, kann die Anzahl an zweiten Mesas 102 erhöht werden.
  • Zum Steuern der zweiten Mesa 102 kann die getrennte zweite Steuerelektrode 132 innerhalb der Grabenstruktur 17 bereitgestellt sein. Jedoch ist anzumerken, wie oben erklärt, dass die zweite Steuerelektrode 132 nicht notwendigerweise elektrisch von der ersten Steuerelektrode 131 isoliert sein muss.
  • Das Beispiel in 12 zeigt die zusätzliche zweite Mesa 102, die von einer Seite durch die erste Steuerelektrode 131 und von der anderen Seite durch die zweite Steuerelektrode 132 gesteuert wird. Die zusätzliche zweite Mesa 102 kann (falls die Steuerelektroden 131 und 132 unterschiedlich konfiguriert sind und/oder mit unterschiedlichen Steuersignalen versorgt werden) eine andere Steuercharakteristik als die zweite Mesa 102, die ausschließlich mittels zweier zweiter Steuerelektroden 132 (eine auf jeder Seite) gesteuert wird, aufweisen. Jedoch könnte, wie durch die gestrichelte Linie angegeben, die (gemeinsame) Steuerelektrode 131 auf der linken Seite der zusätzlichen zweiten Mesa 102 in die erste Steuerelektrode 131 zum Steuern der ersten Mesa 101 und die zweite Steuerelektrode 132 zum Steuern der zusätzlichen zweiten Mesa 102 auf die gleiche Weise wie die zweite Mesa 102 getrennt werden. Die Steuerelektrodentrennung kann wenigstens durch Bereitstellen einer Dummy-Mesa erzielt werden, wie mit Bezug auf 13-14 ausführlicher erklärt wird.
  • Allerdings kann, wie oben erklärt, ein Betrieb der Leistungshalbleitervorrichtung unabhängig von einer schlussendlichen räumlichen Trennung der Steuerelektroden 131, 132 trotzdem mittels eines einzigen Steuersignals gesteuert werden, das an die Steuerelektrodenstruktur 13 geliefert wird. Z. B. kann die zweite Steuerelektrode 132 elektrisch mit der ersten Steuerelektrode 131 verbunden bzw. mit dieser mittels eines definierten ohmschen Widerstands gekoppelt sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann jede Zelle 14 einen dritten Zellenteil 143, z. B. zwischen dem ersten Zellenteil 141 und den zweiten Zellenteil 142, umfassen, wie in 13 veranschaulicht ist. Zum Beispiel kann der dritte Zellenteil 143 eine dritte Mesa 103 beinhalten. Die dritte Mesa 103 kann lateral durch dritte Grabenseitenwände 173 der Grabenstruktur 17 begrenzt werden. Die dritte Mesa 103 kann z. B. die gleichen räumlichen Abmessungen wie die erste Mesa 101 oder die zweite Mesa 102 aufweisen. Zum Beispiel ist die dritte Mesa 103 eine Dummy-Mesa, d. h. eine Mesa, die dazu konfiguriert ist, keinen Laststrom oder Teil von diesem zu leiten. Zu diesem Zweck ist die dritte Mesa 103 zum Beispiel nicht elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur 11 verbunden. Wie gezeigt, ist kein Kontaktstopfen bereitgestellt, der eine elektrische Verbindung zwischen der dritten Mesa 103 und der ersten Lastanschlussstruktur 11 herstellen würde. Zusätzlich oder alternativ dazu kann ein Übergang zwischen der dritten Mesa 103 und der ersten Lastanschlussstruktur 11 dazu konfiguriert sein, keinen leitfähigen Pfad für einen Laststromteil bereitzustellen; z. B. kann stattdessen der Übergang zwischen der dritten Mesa 103 und der ersten Lastanschlussstruktur 11 dazu konfiguriert sein, eine elektrische Isolation bereitzustellen.
  • Zum Beispiel ist die dritte Mesa 103 vollständig mit einem Halbleitermaterial des ersten oder des zweiten Leitfähigkeitstyps gefüllt. Falls vorhanden, kann sich die Barrierezone 105 in die dritte Mesa 103 erstrecken, wie in 13 veranschaulicht ist.
  • Als eine Dummy-Mesa besteht kein Bedarf, die dritte Mesa 103 zu steuern. Trotzdem kann sich die Steuerelektrodenstruktur 13 z. B. aus Gründen eines einheitlichen Prozesses und/oder aus Symmetriegründen auch in die Nähe der dritten Mesa 103 erstrecken, z. B. mittels einer oder mehrerer zusätzlicher dritter Elektroden 134, 134' oder (wie durch die gepunktete Linie angegeben) durch einen Abschnitt einer jeweiligen ersten (gemeinsamen) Steuerelektrode 131. Daher kann zum Beispiel jede Zelle 14 zwei erste Steuerelektroden 131 umfassen, wobei eine von diesen mit sowohl der ersten Mesa 101 als auch der dritten Mesa 103 assoziiert ist, und die andere mit sowohl der zweiten Mesa 102 als auch der dritten Mesa 103 assoziiert ist. Die dritten Elektroden 134, 134' können alternativ dazu elektrisch mit den ersten Steuerelektroden 131 und/oder den zweiten Steuerelektroden 132 und/oder der ersten Lastanschlussstruktur 11 verbunden sein.
  • Zusätzlich oder alternativ dazu kann die dritte Mesa 103 zum Trennen der Steuerelektrodenstruktur 13 eingesetzt werden, z. B. in die erste Steuerelektrode 131 und die zweite Steuerelektrode 132, was auch mit Bezug auf 14 ausführlicher erklärt wird.
  • Zum Beispiel überlappt die Führungszone 1023 lateral auch mit der dritten Mesa 103 entlang der ersten lateralen Richtung X, sodass sie sich z. B. der ersten Mesa 101 annähert, aber ohne mit dieser lateral zu überlappen, wie oben erklärt ist. Hinsichtlich der mehreren Barriereteilzonen 1052, die optional bereitgestellt sein können, wird auf die Erklärungen oben verwiesen, die analog auf die in 13 veranschaulichte Ausführungsform zutreffen können.
  • Zum Beispiel kann das Verhältnis zwischen der Anzahl an ersten Mesas 101, der Anzahl an zweiten Mesas 102 und der Anzahl an dritten Mesas 103 in jeder Zelle unabhängig von einem gewünschten kapazitiven Verhalten der Vorrichtung 1 gewählt werden. Das Ausstatten jeder oder mancher der Zellen 14 mit der dritten Mesa 103 kann es ermöglichen, eine Kapazität der Vorrichtung anzupassen, z. B. die Kapazitäten oder das Verhältnis der Kapazitäten zwischen der ersten Steuerelektrode 131, der zweiten Steuerelektrode 132 und den dritten Elektroden 134, 134' mit Bezug auf die erste Lastanschlussstruktur 11 und die zweite Lastanschlussstruktur 12.
  • Unter Bezugnahme auf 14 soll ein anderes Ausführungsbeispiel der Zelle 14 erläutert werden. Wie veranschaulicht, kann die Zelle 14 zwei erste Zellenteile 141 und zwei zweite Zellenteile 142 umfassen, wobei die zwei ersten Zellenteile 141 und die zwei zweiten Zellenteile 142 durch einen (oder mehrere) dritte(n) Zellenteil(e) 143 getrennt sein können. Die Zellenteile 141, 142 und 143 können auf eine Weise konfiguriert sein, wie beispielhaft mit Bezug auf die vorhergehenden Zeichnungen erklärt wurde. Bei dieser Ausführungsform werden beide Paare der ersten Mesa 101 und der zweiten Mesa 102 mittels der jeweiligen ersten (gemeinsamen) Steuerelektrode 131 gesteuert. Der zentrale dritte Zellenteil 143 mit der dritten (Dummy-) Mesa 103 trennt die zentrale erste Mesa 101 und die zentrale zweite Mesa 102 voneinander. Zum Beispiel zeigt jeder Zellenteil 141, 142 und 143 die gleiche gesamte Ausdehnung in der ersten lateralen Richtung X auf.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist der Abstand entlang der ersten lateralen Richtung X zwischen der ersten Mesa 101 und der zweiten Mesa 102 größer als der Abstand zwischen der ersten Mesa 101 und der dritten Mesa 103. Zum Beispiel beträgt der Abstand entlang der ersten lateralen Richtung zwischen der ersten Mesa 101 und der zweiten Mesa 102 zweimal den Abstand zwischen der ersten Mesa 101 und der dritten Mesa 103. Analog dazu kann auch der Abstand entlang der ersten lateralen Richtung X zwischen der ersten Mesa 101 und der zweiten Mesa 102 zweimal den Abstand zwischen der zweiten Mesa 102 und der dritten Mesa 103 betragen. Die lateralen Breiten in der ersten lateralen Richtung X der ersten Mesa 101, der zweiten Mesa 102 und der dritten Mesa 103 können im Wesentlichen gleich sein, z. B. durch Verwenden der gleichen Prozesstechnologie. Jedoch kann zum Beispiel die dritte Mesa 103, wenn sie als eine Dummy-Mesa realisiert ist, im Vergleich zu der ersten Mesa 101 und/oder der zweiten Mesa 102 eine unterschiedliche (z. B. größere oder kleinere) Breite aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform kann die laterale Breite der dritten Mesa 103 um einen Faktor von z. B. zehn oder mehr größer als die erste Mesa 101 oder die zweite Mesa 102 sein.
  • Falls mehrere erste und/oder zweite und/oder dritte Zellenteile 141, 142, 143 vorhanden sind, kann jede Zelle 14 entsprechend auch mehrere Führungszonen 1023 umfassen, wie in 14 veranschaulicht ist. Obwohl die Barrierezone 105 eine zusammenhängende Zone sein kann, die von mehreren bzw. von allen Zellen 14 des aktiven Zellenfeldes 16 geteilt wird, können die unterschiedlichen Führungszonen 1023 voneinander getrennt sein. Bei einer anderen Ausführungsform ist es zum Beispiel möglich, dass die unterschiedlichen Führungszonen 1023 irgendwo in dem Halbleiterkörper 10, z. B. innerhalb der Randabschlusszone 18, miteinander verschmelzen. Der Halbleiterabschnitt, der angrenzende Führungszonen 1023 voneinander trennt, kann lateral mit den ersten Mesas 101 überlappen und kann durch den Abschnitt des Driftgebiets 100 und/oder einen Abschnitt der Barrierezone 105 gefüllt sein, wie bereits oben ausführlicher erläutert wurde.
  • Falls mehrere erste und/oder zweite und/oder dritte Zellenteile 141, 142, 143 vorhanden sind und falls jede Zelle 14 daher zwei oder mehr erste Mesas 101 umfasst, kann es ferner möglich sein, eine erste der ersten Mesas 101 mit der ersten Steuerelektrode 131 zu assoziieren und eine zweite der ersten Mesas 101 mit der zweiten Steuerelektrode 132 zu assoziieren. Dieser optionale Aspekt ergibt die Möglichkeit, einen ersten Teil der mehreren ersten Mesas 101 verschieden von einem zweiten Teil der mehreren ersten Mesas 101 zu steuern. Zum Beispiel kann der dritte Zellenteil 143 einschließlich der dritten Mesa 103 zum entsprechenden Trennen der Steuerelektrodenstruktur 13 eingesetzt werden. Bei einer anderen Ausführungsform kann es wünschenswert sein, alle ersten Mesas 101 mittels Steuerelektroden zu steuern, die elektrisch miteinander verbunden sind, z. B. lediglich mittels der ersten Steuerelektroden 131, wie in 14 veranschaulicht ist.
  • Gemäß allen hier beschriebenen Ausführungsformen kann die Sperrungsspannung (Cutoff-Spannung) des Akkumulationskanals in dem zweiten Kanalgebiet 1022 größer als die Sperrungsspannung des Inversionskanals in dem ersten Kanalgebiet 1012 sein. Zum Beispiel kann die Differenz der Sperrungsspannungen wenigstens 0,2 V betragen. Bei einer Ausführungsform ist die Sperrungsspannung des Inversionskanals geringer als 0,8 V und ist die Sperrungsspannung des Akkumulationskanals größer als 1,0 V.
  • Allgemein gesprochen kann die Differenz der Sperrungsspannungen das Erreichen einer flexibleren Steuerung der Vorrichtung 1 ermöglichen, z. B. des zweiten Kanalgebiets 1022, z. B. während des leitenden Zustands der Halbleitervorrichtung 1, z. B. auf eine Weise, die verhindert, dass Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps den Halbleiterkörper 10 über die zweite Mesa 102 des zweiten Zellenteils 142 während des leitenden Zustands verlassen, und/oder auf eine Weise, die es ermöglicht, dass Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps aus dem Halbleiterkörper 10 über die zweite Mesa 102 des zweiten Zellenteils 142 kurz vor dem Schalten der Halbleitervorrichtung 1 in den Sperrzustand abgeleitet werden.
  • Im Folgenden sollen einige beispielhafte Wege zum Erreichen einer solchen Differenz zwischen den Sperrungsspannungen ausführlicher beschrieben werden:
  • Bei einer Ausführungsform, wie in den vorhergehenden Zeichnungen beispielhaft veranschaulicht, z. B. in 3A, 3B, 5A, 8A-D, 11, 13 und 17, kann die Halbleitervorrichtung 1 die erste Steuerelektrode 131 und die zweite Steuerelektrode 132 umfassen, wobei die erste Steuerelektrode 131 dazu konfiguriert ist, den Inversionskanal innerhalb des ersten Kanalgebiets 1012 zu induzieren, wobei die Isolationsstruktur 133 die erste Steuerelektrode 131 von der ersten Mesa 101 isolieren kann. Die zweite Steuerelektrode 132 kann dazu konfiguriert sein, den Akkumulationskanal zu induzieren, wobei die Isolationsstruktur 133 ferner die zweite Steuerelektrode 132 von der zweiten Mesa 102 isoliert. Die erste Steuerelektrode 131 und die zweite Steuerelektrode 132 können getrennt voneinander angeordnet sein, wie in den zuvor genannten Zeichnungen veranschaulicht ist. Zum Beispiel kann das Material der ersten Steuerelektrode 131 von dem Material der zweiten Steuerelektrode 132 abweichen, sodass die Differenz zwischen den Sperrungsspannungen erzielt bzw. zu dieser beigetragen wird. Zu diesem Zweck kann die erste Steuerelektrode 131 eine Austrittsarbeit aufweisen, die verschieden von der Austrittsarbeit der zweiten Steuerelektrode 132 ist. Die Differenz zwischen den Austrittsarbeiten kann z. B. wenigstens 0,4 eV betragen. Zum Beispiel kann die zweite Steuerelektrode 132 eine Austrittsarbeit von weniger als 4,5 eV aufweisen und kann die erste Steuerelektrode 131 eine Austrittsarbeit von mehr als z. B. 4,9 eV aufweisen. Um zum Beispiel eine Differenz zwischen den Austrittsarbeiten zu erzielen, umfasst bei einer Ausführungsform die erste Steuerelektrode 131 ein polykristallines Halbleitermaterial mit Dotierungsstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps und/oder ein Metallsilicid (wie z. B. PtSi2 oder MoSi2) und/oder ein Metallnitrid (wie z. B. WNX oder TiN) und/oder Nickel und/oder Palladium und/oder Iridium und/oder Platin und/oder Gold; und die zweite Steuerelektrode 132 umfasst ein polykristallines Halbleitermaterial mit Dotierungsstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps und/oder ein Metallsilicid (wie z. B. TiSi2, TaSi2 oder NbSi2) und/oder ein Metallnitrid (wie z. B. TaN oder TiN) und/oder Aluminium und/oder Titan und/oder Magnesium und/oder Scandium und/oder Yttrium und/oder Rubidium und/oder Selen und/oder Strontium. Die Austrittsarbeit von TiN als Gate-Elektrode kann durch eine Oberflächenbehandlung bei der Übergangszone zu dem Gate-Dielektrikum angepasst werden, was es für sowohl die erste als auch die zweite Steuerelektrode 131, 132 nützlich macht. Obwohl die zwei Steuerelektroden 131 und 132 getrennt angeordnet sein können und mit unterschiedlichen Austrittsarbeiten versehen sein können, versteht es sich, dass die zwei Steuerelektroden 131 und 132 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen elektrisch miteinander verbunden sein können und dementsprechend das gleiche Steuersignal erhalten können. Zum Beispiel versteht es sich im Gegensatz zu dem Vorschlag durch die schematische Veranschaulichung in manchen Zeichnungen, z. B. in 3A, 3B, 5A und 6, dass die zwei Steuerelektroden 131 und 132 nicht notwendigerweise elektrisch voneinander isoliert sein müssen.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform kann, entweder zusätzlich oder alternativ zu dem Versehen der zwei getrennten Steuerelektroden 131 und 132 mit unterschiedlichen Austrittsarbeiten, die Differenz zwischen den Sperrungsspannungen auch durch Versehen der ersten Steuerelektrode 131 mit einer Austrittsarbeit größer als die Austrittsarbeit des ersten Kanalgebiets 1012 bewirkt bzw. erreicht werden. Ferner kann zusätzlich oder als eine Alternative dazu die zweite Steuerelektrode 132 mit einer Austrittsarbeit versehen werden, die kleiner als die Austrittsarbeit des zweiten Kanalgebiets 1022 ist. Sowohl das erste Kanalgebiet 1012 als auch das zweite Kanalgebiet 1022 können ein monokristallines Halbleitermaterial mit Dotierungsstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps und/oder ein Titannitrid (TiN) umfassen. Zum Beispiel können sowohl das erste Kanalgebiet 1012 als auch das zweite Kanalgebiet 1022 eine Arbeitsfunktion innerhalb eines Bereichs von 4,6 eV bis 5,0 eV aufweisen.
  • Bei noch einer weiteren Ausführungsform kann die Differenz zwischen den Sperrungsspannungen auch durch Versehen von sowohl dem ersten Kanalgebiet 1012 als auch dem zweiten Kanalgebiet 1022 mit Dotierungsstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps bewirkt werden, wobei die Dotierungsstoffkonzentration des ersten Kanalgebiets 1012 um einen Faktor von wenigstens 2, einen Faktor von 3 oder einen Faktor von 5 kleiner als die Dotierungsstoffkonzentration des zweiten Kanalgebiets 1022 sein kann. Zum Beispiel kann bei dieser Ausführungsform mit unterschiedlichen Dotierungsstoffkonzentrationen in den Kanalgebieten 1012 und 1022 die effektive Dicke, z. B. in der ersten lateralen Richtung X (vergleiche z. B. DX12, DX14 in 5A), der Isolationsstruktur 133, die die erste Steuerelektrode 131 von dem ersten Kanalgebiet 1012 isoliert, identisch mit der effektiven Dicke, z. B. in der ersten lateralen Richtung X (vergleiche z. B. DX22, DX24 in 5A), der Isolationsstruktur 133, die die zweite Steuerelektrode 132 von dem zweiten Kanalgebiet 1022 isoliert, sein. Ferner können bei dieser Ausführungsform die erste Steuerelektrode 131 und die zweite Steuerelektrode 132 in Material und/oder in räumlichen Abmessungen identisch sein bzw. können die erste Mesa 101 und die zweite Mesa 102 durch eine gemeinsame Steuerelektrode gesteuert werden.
  • Gemäß einem noch weiteren Beispiel kann die Differenz zwischen den Sperrungsspannungen auch durch Bereitstellen der Isolationsstruktur 133 derart bewirkt werden, dass die effektive Dicke, z. B. in der ersten lateralen Richtung X (vergleiche z. B. DX12, DX14 in 5A), der Isolationsstruktur 133, die die erste Steuerelektrode 131 von dem ersten Kanalgebiet 1012 isoliert, um einen Faktor von wenigstens 20 % oder wenigstens 30 % oder wenigstens 50 % kleiner als die effektive Dicke, z. B. in der ersten lateralen Richtung X (vergleiche z. B. DX22, DX24 in 5A), der Isolationsstruktur 133, die die zweite Steuerelektrode 132 von dem zweiten Kanalgebiet 1022 isoliert, ist. Dementsprechend kann eine Variation der Dicke entsprechend die jeweiligen Sperrungsspannungen des Inversionskanals und des Akkumulationskanals variieren. Hier kann der Vergleich der „effektiven Dicken“ bedeuten, dass das Produkt der dielektrischen Konstante des Dielektrikums, das für die Isolationsstruktur 133 verwendet wird, die die erste Steuerelektrode 131 von dem ersten Kanalgebiet 1012 isoliert, multipliziert mit seiner Dicke mit dem Produkt der dielektrischen Konstante des Dielektrikums, das für die Isolationsstruktur 133 verwendet wird, die die zweite Steuerelektrode 132 von dem zweiten Kanalgebiet 1022 isoliert, multipliziert mit seiner Dicke vergleicht. Falls die Dielektrika aus dem gleichen Material, z. B. Siliciumdioxid, gefertigt sind, wird dies auf einen Vergleich der jeweiligen Dicken reduziert. Falls z. B. das Dielektrikum, das für die Isolationsstruktur 133 verwendet wird, die die erste Steuerelektrode 131 von dem ersten Kanalgebiet 1012 isoliert, eine höhere dielektrische Konstante aufweist, kann die Dicke sogar die gleiche oder sogar größer als jene zum Isolieren der zweiten Steuerelektrode 132 von dem zweiten Kanalgebiet 1022 sein.
  • Gemäß einem noch weiteren Beispiel kann die Differenz zwischen den Sperrungsspannungen durch Bereitstellen einer unterschiedlichen Dichte von Grenzflächenladungen der Isolationsstruktur 133 erreicht werden, sodass die Grenzflächenladung von z. B. der Isolationsstruktur 133, die die erste Steuerelektrode 131 von dem ersten Kanalgebiet 1012 isoliert, um ein Faktor von wenigstens 20 % oder wenigstens 30 % oder wenigstens 50 % positiver als die Grenzflächenladung von z. B. der Isolationsstruktur 133, die die zweite Steuerelektrode 132 von dem zweiten Kanalgebiet 1022 isoliert, ist. Unterschiedliche Grenzflächenladungen können z. B. durch unterschiedliche Materialien für beide Isolationsstrukturen 133 bei dem ersten Kanalgebiet 1012 und dem zweiten Kanalgebiet 1022 erreicht werden, z. B. unter Verwendung eines Siliciumnitrids oder eines Nitridsiliciumoxids als Dielektrikum bei dem ersten Kanalgebiet 1012 und eines Siliciumdioxids bei dem zweiten Kanalgebiet 1022.
  • Es versteht sich, dass die erste Mesa 101 und die zweite Mesa 102 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen durch ein einziges Steuersignal gesteuert werden können. Zu diesem Zweck können zwei getrennt angeordnete Steuerelektroden 131 und 132 bereitgestellt werden, wie in manchen der Zeichnungen beispielhaft veranschaulicht ist, und können die zwei getrennt angeordneten Steuerelektroden 131 und 132 elektrisch miteinander verbunden sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform, wie beispielhaft in manchen der Zeichnungen veranschaulicht, können sowohl die erste Mesa 101 als auch die zweite Mesa 102 durch eine gemeinsame Steuerelektrode gesteuert werden, die in dem Vorhergehenden auch als erste Steuerelektrode 131 bezeichnet ist, die z. B. monolithisch innerhalb der Grabenstruktur 17 integriert sein kann. Dementsprechend versteht es sich, dass der Unterschied der Sperrungsspannungen nicht notwendigerweise zwei getrennte Steuerelektroden zum Steuern der ersten Mesa 101 und der zweiten Mesa 102 erfordert.
  • Wie beispielhaft in 9 veranschaulicht, versteht es sich ferner, dass sich die Isolationsstruktur 133 nicht notwendigerweise wenigstens soweit in der vertikalen Richtung Z wie die erste Steuerelektrode 131 entlang des gesamten Abstands (vergleiche DX30 in 5A) zwischen der ersten Mesa 101 und der zweiten Mesa 102 erstrecken muss, sondern sich weniger in der vertikalen Richtung Z erstrecken kann, z. B. in dem gleichen Bereich wie die gesamte Ausdehnung des ersten Anschlussgebiets 1011 bzw. die gesamte Ausdehnung des zweiten Anschlussgebiets 1021 in der vertikalen Richtung Z (vergleiche DZ13, DZ23 in 5A), z. B. entlang wenigstens 80 % des Abstands zwischen der ersten Mesa 101 und der zweiten Mesa 102, liegen kann. Zum Beispiel kann die erste Steuerelektrode 131, falls sie als eine gemeinsame Steuerelektrode implementiert ist, einen U-förmigen vertikalen Querschnitt aufweisen. Bei einer anderen Ausführungsform, wie schematisch und beispielhaft in 10 veranschaulicht, kann die erste Steuerelektrode 131 als ein Block implementiert sein, der eine im Wesentlichen konstante gesamte Ausdehnung in der vertikalen Richtung Z entlang von wenigstens z. B. 80 % des Abstands zwischen der ersten Mesa 101 und der zweiten Mesa 102 aufweist.
  • Ein beispielhaftes Verfahren zum Betreiben einer solchen Leistungshalbleitervorrichtung (die einen Inversionskanal und einen Akkumulationskanal mit unterschiedlichen Sperrungsspannungen bereitstellt) ist in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2016 112 017.0 beschrieben, deren relevanter Inhalt hier in seiner Gesamtheit aufgenommen ist.
  • Hier ist auch ein Verfahren zum Verarbeiten einer Leistungshalbleitervorrichtung präsentiert. Gemäß manchen Ausführungsformen weist die zu verarbeitende Leistungshalbleitervorrichtung einen Halbleiterkörper auf, der mit einer ersten Lastanschlussstruktur und einer zweiten Lastanschlussstruktur zu koppeln ist, wobei der Halbleiterkörper dazu konfiguriert ist, einen Laststrom zu leiten, und ein Driftgebiet eines ersten Leitfähigkeitstyps umfasst, wobei die Leistungshalbleitervorrichtung mehrere Zellen umfasst. Jede Zelle umfasst Folgendes: eine erste Mesa, die in einem ersten Zellenteil enthalten ist, wobei die erste Mesa Folgendes beinhaltet: ein erstes Anschlussgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps, das elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur verbunden ist, und ein erstes Kanalgebiet, das mit dem Driftgebiet gekoppelt ist; eine zweite Mesa, die in einem zweiten Zellenteil enthalten ist, wobei die zweite Mesa Folgendes beinhaltet: ein zweites Anschlussgebiet eines zweiten Leitfähigkeitstyps, und das elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur verbunden ist, und ein zweites Kanalgebiet, das mit dem Driftgebiet gekoppelt ist; eine Grabenstruktur, die eine Steuerelektrodenstruktur zum Steuern des Laststroms wenigstens mittels eines Inversionskanals in dem ersten Kanalgebiet beinhaltet. Das Verfahren umfasst wenigstens eines von Folgendem:
    1. a) Bereitstellen der ersten Mesa mit einer gesamten Ausdehnung von weniger als 100 nm in einer lateralen Richtung senkrecht zu einer vertikalen Richtung des Laststrompfads innerhalb der ersten Mesa; und Bereitstellen einer Führungszone des zweiten Leitfähigkeitstyps, die unterhalb des zweiten Kanalgebiets angeordnet ist, während sie räumlich von sowohl dem ersten als auch dem zweiten Kanalgebiet entlang der vertikalen Richtung verschoben ist, wobei die Führungszone lateral mit der zweiten Mesa überlappt und sich lateral zu der ersten Mesa hin erstreckt, während sie lateral nicht mit dieser überlappt;
    2. b) Bereitstellen einer Führungszone des zweiten Leitfähigkeitstyps, die unterhalb des zweiten Kanalgebiets angeordnet ist, wobei die Führungszone lateral mit der zweiten Mesa überlappt und sich lateral zu der ersten Mesa hin erstreckt, während sie lateral nicht mit dieser überlappt; und Bereitstellen einer Barrierezone des ersten Leitfähigkeitstyps, die zwischen der Führungszone und der Grabenstruktur angeordnet ist, wobei die Barrierezone eine Dotierungsstoffkonzentration wenigstens zweimal so groß wie die Dotierungsstoffkonzentration des Driftgebiets aufweist.
  • Die oben beschriebenen Verfahren können auch wenigstens teilweise vor oder nach dem Bereitstellen der Führungszone Vorverarbeiten und/oder Nachverarbeiten des Halbleiterkörpers derart beinhalten, dass er die oben erklärte Konfiguration aufweist.
  • Ausführungsbeispiele der Verfahren entsprechen den Ausführungsbeispielen der Leistungshalbleitervorrichtung, die mit Bezug auf die Zeichnungen erklärt wurde. Dementsprechend wird auf das Vorhergehende verwiesen.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens, wie in 16 veranschaulicht, kann ein Abstandshalterelement 21 innerhalb des Umfangs des Bereitstellens der Führungszone 1023 eingesetzt werden. Zum Beispiel kann das Bereitstellen der Führungszone 1023 einen oder mehrere Implantationsverarbeitungsschritte beinhalten, z. B. durch eine erste Führungsteilzone 1023a und eine zweite Führungsteilzone 1023b, wie in 16 gezeigt, dargestellt. Auch das Bereitstellen der Barrierezone 105 kann einen oder mehrere Implantationsverarbeitungsschritte beinhalten. Zum Beispiel wird das Abstandshalterelement 21 entfernt, nachdem das erste Führungsteilzonengebiet 1023a bereitgestellt wurde und z. B. bevor die Barrierezone 105 bereitgestellt wird. Ein lateraler Abstand DF1 zwischen der ersten Mesa 101 und der ersten Führungsteilzone 1023a kann durch eine laterale Dicke DS das Abstandshalterelements 21 an der Seitenwand der ersten Mesa 101 bereitgestellt werden, welches lokal einen Ionenimplantationsschritt bei der Position der ersten Mesa 101 maskiert. Aufgrund eines lateralen Umherstreifens der implantierten Ionen ist der laterale Abstand DF1 kleiner als die laterale Dicke DS des Abstandshalterelements 21. Entsprechend kann ein lateraler Abstand DF2 zwischen der zweiten Mesa 102 und der ersten Führungsteilzone 1023a bereitgestellt werden. Die Energie der implantierten Ionen kann auf eine solche Weise konfiguriert sein, dass sie eine vertikale Dicke DV1 des horizontalen Teils des Abstandshalterelements 21 überwinden, wobei sie den Halbleiterkörper 10 erreichen. Jedoch kann die Energie der implantierten Ionen zu niedrig sein, um eine größere vertikale Dicke DV2 des Abstandshalterelements 21 bei der ersten Mesa 101 und der zweiten Mesa 102 zu überwinden, was zu einer wesentlichen Blockierung der Ionenimplantation bei der Position der ersten Mesa 101 und der zweiten Mesa 102 führt. Zum Beispiel werden danach die Isolationsstruktur 133 und die Steuerelektrodenstruktur 13 mit der Grabenstruktur 17 gebildet. Die zweite Führungsteilzone 1023b kann entweder früher oder später in der Verarbeitung unter Verwendung von z. B. lonenimplantationsschritten in Kombination mit herkömmlicher Strukturierung mit lithografischen Masken bereitgestellt werden. Die erste Führungsteilzone 1023a und die zweite Führungsteilzone 1023b können z. B. durch Implantieren von Bor- oder BF2-lonen bei unterschiedlichen Energien realisiert werden, falls die Dotierungsstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps Akzeptoren sind.
  • Zum Beispiel kann das Bereitstellen der Führungszone 1023 und/oder der Barrierezone 105 (optional einschließlich einer oder mehrerer Barriereteilzonen 1052) gemäß einem selbstausgerichteten Verarbeitungsschritt, wie oben ausführlich beschrieben, ausgeführt werden.
  • Merkmale weiterer Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Die Merkmale weiterer Ausführungsformen und die Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsformen können miteinander zum Ausbilden zusätzlicher Ausführungsformen kombiniert werden, soweit die Merkmale nicht ausdrücklich als zueinander alternativ beschrieben sind.
  • Vorstehend wurden Ausführungsformen, die eine Leistungshalbleitervorrichtung und Verfahren zum Verarbeiten einer Leistungshalbleitervorrichtung betreffen, erklärt. Diese Ausführungsformen basieren zum Beispiel auf Silicium (Si). Entsprechend kann ein(e) monokristalline(s/r) Halbleitergebiet/- zone/-abschnitt/-schicht von Ausführungsbeispielen ein monokristallines Si-Gebiet oder eine monokristalline Si-Schicht sein. Bei anderen Ausführungsformen kann polykristallines oder amorphes Silicium eingesetzt werden.
  • Es versteht sich allerdings, dass die Halbleitergebiete/-zonen/-abschnitte/- schichten aus einem beliebigen Halbleitermaterial bestehen können, das zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung geeignet ist. Beispiele für solche Materialien beinhalten unter anderem elementare Halbleitermaterialien, wie etwa Silicium (Si) oder Germanium (Ge), Gruppe-IV-Verbindungshalbleitermaterialien, wie etwa Siliciumcarbid (SiC) oder Silicium-Germanium (SiGe), binäre, ternäre oder quaternäre Ill-V-Halbleitermaterialien, wie etwa Galliumnitrid (GaN), Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP), Indiumgalliumphosphid (InGaPa), Aluminiumgalliumnitrid (AIGaN), Aluminiumindiumnitrid (AllnN), Indiumgalliumnitrid (InGaN), Aluminiumgalliumindiumnitrid (AIGalnN) oder Indiumgalliumarsenidphosphid (InGaAsP), und binäre oder ternäre II-VI-Halbleitermaterialien, wie etwa Cadmiumtellurid (CdTe) und Quecksilbercadmiumtellurid (HgCdTe), um nur einige zu nennen. Die zuvor erwähnten Halbleitermaterialien werden auch als „Homoüberganghalbleitermaterialien“ bezeichnet. Wenn zwei verschiedene Halbleitermaterialien kombiniert werden, wird ein Heteroüberganghalbleitermaterial gebildet. Beispiele für Heteroüberganghalbleitermaterialien beinhalten unter anderem Aluminiumgalliumnitrid(AIGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid(AIGalnN), Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid(AlGaInN), Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Galliumnitrid(GaN), Aluminiumgalliumnitrid(AIGaN)-Galliumnitrid(GaN), lndiumgalliumnitrid(lnGaN)-Aluminiumgalliumnitrid(AIGaN), Silicium-Siliciumcarbid (SixC1-x) und Silicium-SiGe-Heteroüberganghalbleitermaterialien. Für Leistungshalbleitervorrichtungsanwendungen werden zurzeit hauptsächlich Si-, SiC-, GaAs- und GaN-Materialien verwendet.
  • Räumlich relative Begriffe, wie etwa „unter“, „unterhalb“, „niedriger“, „über“, „oberer“ und dergleichen werden der Einfachheit der Beschreibung halber verwendet, um die Positionierung eines Elements relativ zu einem zweiten Element zu beschreiben. Es wird beabsichtigt, dass diese Begriffe zusätzlich zu denjenigen, die in den Figuren dargestellt sind, verschiedene Orientierungen der entsprechenden Vorrichtung einschließen. Ferner werden auch Begriffe wie „erster“, „zweiter“ und dergleichen verwendet, um verschiedene Elemente, Gebiete, Abschnitte usw. zu beschreiben, und es wird ebenfalls nicht beabsichtigt, dass diese beschränkend sind. Über die gesamte Beschreibung hinweg verweisen gleiche Begriffe auf gleiche Elemente.
  • Wie hier verwendet, sind die Begriffe „aufweisend“, „enthaltend“, „beinhaltend“, „umfassend“, „aufweisend“ und dergleichen offene Begriffe, die das Vorhandensein der angegebenen Elemente oder Merkmale angeben, aber keine zusätzlichen Elemente oder Merkmale ausschließen.
  • In Anbetracht der obigen Bandbreite an Variationen und Anwendungen versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung weder durch die vorangehende Beschreibung beschränkt wird, noch durch die beigefügten Zeichnungen beschränkt wird. Stattdessen ist die vorliegende Erfindung lediglich durch die folgenden Ansprüche und deren rechtliche Äquivalente beschränkt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102016112017 [0213]

Claims (21)

  1. Leistungshalbleitervorrichtung (1), die einen Halbleiterkörper (10) aufweist, der mit einer ersten Lastanschlussstruktur (11) und einer zweiten Lastanschlussstruktur (12) gekoppelt ist, wobei der Halbleiterkörper (10) dazu konfiguriert ist, einen Laststrom (15) zu leiten, und ein Driftgebiet (100) eines ersten Leitfähigkeitstyps umfasst, wobei die Leistungshalbleitervorrichtung (1) mehrere Zellen (14) umfasst, wobei jede Zelle (14) Folgendes umfasst: - eine erste Mesa (101), die in einem ersten Zellenteil (141) enthalten ist, wobei die erste Mesa (101) Folgendes beinhaltet: ein erstes Anschlussgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps (1011), das elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur (11) gekoppelt ist, und ein erstes Kanalgebiet (1012), das mit dem Driftgebiet (100) gekoppelt ist, wobei die erste Mesa (101) eine gesamte Ausdehnung (DX13) von weniger als 100 nm in einer lateralen Richtung (X) senkrecht zu einer vertikalen Richtung (Z) des Laststromteils (151) innerhalb der ersten Mesa (101) aufweist; - eine zweite Mesa (102), die in einem zweiten Zellenteil (142) enthalten ist, wobei die zweite Mesa (102) Folgendes beinhaltet: ein zweites Anschlussgebiet eines zweiten Leitfähigkeitstyps (1021), und das elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur (11) verbunden ist, und ein zweites Kanalgebiet (1022), das mit dem Driftgebiet (100) gekoppelt ist; - eine Grabenstruktur (17), die eine Steuerelektrodenstruktur (13) zum Steuern des Laststroms wenigstens mittels eines Inversionskanals in dem ersten Kanalgebiet (1012) beinhaltet; - eine Führungszone (1023) des zweiten Leitfähigkeitstyps, die unterhalb des zweiten Kanalgebiets (1022) angeordnet ist, während sie räumlich von sowohl dem ersten als auch dem zweiten Kanalgebiet (1012, 1022) entlang der vertikalen Richtung (Z) verschoben ist, wobei die Führungszone (1023) lateral mit der zweiten Mesa (102) überlappt und sich lateral zu der ersten Mesa (101) hin erstreckt, während sie lateral nicht mit dieser überlappt.
  2. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 1, die ferner eine Barrierezone des ersten Leitfähigkeitstyps (105) umfasst, wobei die Barrierezone (105) zwischen der Führungszone (1023) und der Grabenstruktur (17) angeordnet ist.
  3. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei die Barrierezone (105) eine Dotierungsstoffkonzentration wenigstens zweimal so groß wie die Dotierungsstoffkonzentration des Driftgebiets (100) aufweist.
  4. Leistungshalbleitervorrichtung (1), die einen Halbleiterkörper (10) aufweist, der mit einer ersten Lastanschlussstruktur (11) und einer zweiten Lastanschlussstruktur (12) gekoppelt ist, wobei der Halbleiterkörper (10) dazu konfiguriert ist, einen Laststrom (15) zu leiten, und ein Driftgebiet (100) eines ersten Leitfähigkeitstyps umfasst, wobei die Leistungshalbleitervorrichtung (1) mehrere Zellen (14) umfasst, wobei jede Zelle (14) Folgendes umfasst: - eine erste Mesa (101), die in einem ersten Zellenteil (141) enthalten ist, wobei die erste Mesa (101) Folgendes beinhaltet: ein erstes Anschlussgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps (1011), das elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur (11) verbunden ist, und ein erstes Kanalgebiet (1012), das mit dem Driftgebiet (100) gekoppelt ist; - eine zweite Mesa (102), die in einem zweiten Zellenteil (142) enthalten ist, wobei die zweite Mesa (102) Folgendes beinhaltet: ein zweites Anschlussgebiet eines zweiten Leitfähigkeitstyps (1021), und das elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur (11) verbunden ist, und ein zweites Kanalgebiet (1022), das mit dem Driftgebiet (100) gekoppelt ist; - eine Grabenstruktur (17), die eine Steuerelektrodenstruktur (13) zum Steuern des Laststroms wenigstens mittels eines Inversionskanals in dem ersten Kanalgebiet (1012) beinhaltet; - eine Führungszone (1023) des zweiten Leitfähigkeitstyps, die unterhalb des zweiten Kanalgebiets (1022) angeordnet ist, wobei die Führungszone (1023) lateral mit der zweiten Mesa (102) überlappt und sich lateral zu der ersten Mesa (101) hin erstreckt, während sie lateral nicht mit dieser überlappt; - eine Barrierezone des ersten Leitfähigkeitstyps (105), die zwischen der Führungszone (1023) und der Grabenstruktur (17) angeordnet ist, wobei die Barrierezone (105) eine Dotierungsstoffkonzentration wenigstens zweimal so groß wie die Dotierungsstoffkonzentration des Driftgebiets (100) aufweist.
  5. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei die Führungszone (105) räumlich von sowohl dem ersten als auch dem zweiten Kanalgebiet (1022) entlang der vertikalen Richtung (Z) verschoben ist und/oder wobei die erste Mesa (101) eine gesamte Ausdehnung (DX13) von weniger als 100 nm in einer lateralen Richtung (X) senkrecht zu einer vertikalen Richtung (Z) des Laststromteils (151) innerhalb der ersten Mesa (101) aufweist.
  6. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Führungszone (1023) eine Dotierungsstoffkonzentration von wenigstens 1015 cm-3 aufweist und/oder wobei die Führungszone (1023) von der zweiten Lastanschlussstruktur (12) wenigstens mittels des Driftgebiets (100) getrennt ist.
  7. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerelektrodenstruktur (13) eine erste Steuerelektrode (131) beinhaltet, die dazu konfiguriert ist, sowohl den Inversionskanal in dem ersten Kanalgebiet (1012) als auch einen Akkumulationskanal in dem zweiten Kanalgebiet (1022) zu steuern, und wobei die Führungszone (1023) lateral mit der ersten Steuerelektrode (131) entlang der lateralen Richtung (X) für wenigstens 60 % der gesamten lateralen Ausdehnung der ersten Steuerelektrode (131) überlappt.
  8. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Grabenstruktur (17) eine erste Grabenseitenwand (171), die an die erste Mesa (101) anstößt, eine zweite Grabenseitenwand (172), die an die zweite Mesa (102) anstößt, und eine Grabenunterseite (175) zwischen der ersten Grabenseitenwand (171) und der zweiten Grabenseitenwand (172) umfasst, wobei optional die Grabenunterseite (175) an die Barrierezone (105) anstößt.
  9. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 8, die ferner eine Isolationsstruktur (133) umfasst, die die Steuerelektrode (13) innerhalb der Grabenstruktur (17) isoliert, und wobei eine erste Dicke entlang der lateralen Richtung (X) der Isolationsstruktur (133) zwischen der ersten Grabenseitenwand (171) und der Steuerelektrodenstruktur (13) weniger als eine Hälfte einer zweiten Dicke entlang der vertikalen Richtung (Z) der Isolationsstruktur (133) zwischen der Grabenunterseite (175) und der Steuerelektrodenstruktur (13) beträgt.
  10. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 9, wobei innerhalb eines Übergangsteilgebiets (174) der Grabenstruktur (17) die Grabenunterseite (175) und die erste Grabenseitenwand (171) miteinander verschmelzen und die Dicke der Isolatorstruktur (133) von der ersten Dicke zu der zweiten Dicke zunimmt.
  11. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 4 und nach Anspruch 8, wobei die Barrierezone (105) eine Barriereteilzone (1052) in Kontakt mit der Grabenunterseite (175) umfasst, wobei die Barriereteilzone (1052) eine Dotierungsstoffkonzentration wenigstens so groß wie die Dotierungsstoffkonzentration des Driftgebiets (100) aufweist.
  12. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach den Ansprüchen 10 und 11, wobei die Barriereteilzone (1052) die Grabenunterseite (175) innerhalb des Übergangsteilgebiets (174) kontaktiert.
  13. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Mesa (101) eine Mesaöffnung mit einer Breite wenigstens zweimal so groß wie die gesamte Ausdehnung (DX13) der ersten Mesa (101) in der lateralen Richtung (X) aufweist.
  14. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dicke der Führungszone (1023) um einen Faktor von wenigstens zwei abnimmt, während sie sich lateral zu der ersten Mesa (101) hin ausdehnt, und wobei optional der Abstand zwischen der Grabenstruktur (17) und der Führungszone (1023) im Wesentlichen konstant bleibt, während sich die Führungszone (1023) lateral zu der ersten Mesa (101) hin ausdehnt.
  15. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine maximale Dicke der Führungszone (1023) entlang der vertikalen Richtung (Z) weniger als ein Zehntel der gesamten Ausdehnung des Halbleiterkörpers (10) entlang der vertikalen Richtung (Z) beträgt.
  16. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 4 und optional einem weiteren der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens das Barrieregebiet (105) das zweite Kanalgebiet (1022) und die Führungszone (1023) voneinander trennt.
  17. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Verbindung zwischen dem zweiten Kanalgebiet (1022) und der Führungszone (1023) eine erste elektrische Leitfähigkeit während eines ersten Betriebszustands der Halbleitervorrichtung (1) und eine zweite elektrische Leitfähigkeit während eines zweiten Betriebszustands aufweist, wobei die zweite elektrische Leitfähigkeit um einen Faktor von wenigstens zehn größer als die erste elektrische Leitfähigkeit ist.
  18. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 17, wobei das elektrische Potential der Führungszone (1023) während des Übergangs von dem ersten Betriebszustand zu dem zweiten Betriebszustand um höchstens 3 V von dem elektrischen Potential der ersten Lastanschlussstruktur (11) abweicht.
  19. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Führungszone (1023) während eines Sperrzustands der Leistungshalbleitervorrichtung (1) und/oder während eines Übergangs von einem leitenden Zustand zu dem Sperrzustand dazu konfiguriert ist, Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps und/oder ein elektrisches Potential, das von dem elektrischen Potential des zweiten Kanalgebiets (1022) um wenigstens 50 mV und weniger als 2 V verschieden ist, entlang eines Pfades zwischen der ersten Mesa (101) und der zweiten Mesa (102) zu führen.
  20. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sowohl das erste Kanalgebiet (1012) als auch das zweite Kanalgebiet (1022) von dem zweiten Leitfähigkeitstyp sind.
  21. Verfahren zum Verarbeiten einer Leistungshalbleitervorrichtung (1), die einen Halbleiterkörper (10) aufweist, der mit einer ersten Lastanschlussstruktur (11) und einer zweiten Lastanschlussstruktur (12) gekoppelt ist, wobei der Halbleiterkörper (10) dazu konfiguriert ist, einen Laststrom (15) zu leiten, und ein Driftgebiet (100) eines ersten Leitfähigkeitstyps umfasst, wobei die Leistungshalbleitervorrichtung (1) mehrere Zellen (14) umfasst, wobei jede Zelle (14) Folgendes umfasst: eine erste Mesa (101), die in einem ersten Zellenteil (141) enthalten ist, wobei die erste Mesa (101) Folgendes beinhaltet: ein erstes Anschlussgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps (1011), das elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur (11) verbunden ist, und ein erstes Kanalgebiet (1012), das mit dem Driftgebiet (100) gekoppelt ist; eine zweite Mesa (102), die in einem zweiten Zellenteil (142) enthalten ist, wobei die zweite Mesa (102) Folgendes beinhaltet: ein zweites Anschlussgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps (1021), und das elektrisch mit der ersten Lastanschlussstruktur (11) verbunden ist, und ein zweites Kanalgebiet (1022), das mit dem Driftgebiet (100) gekoppelt ist; und eine Grabenstruktur (17), die eine Steuerelektrodenstruktur (131) zum Steuern des Laststroms wenigstens mittels eines Inversionskanals in dem ersten Kanalgebiet (1012) beinhaltet; wobei das Verfahren Folgendes umfasst: a) Bereitstellen der ersten Mesa (101) mit einer gesamten Ausdehnung (DX13) von weniger als 100 nm in einer lateralen Richtung (X) senkrecht zu einer vertikalen Richtung (Z) des Laststrompfads (151) innerhalb der ersten Mesa (101); und Bereitstellen einer Führungszone (1023) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die unterhalb des zweiten Kanalgebiets (1022) angeordnet ist, während sie räumlich von sowohl dem ersten als auch dem zweiten Kanalgebiet (1012, 1022) entlang der vertikalen Richtung (Z) verschoben ist, wobei die Führungszone (1023) lateral mit der zweiten Mesa (102) überlappt und sich lateral zu der ersten Mesa (101) hin erstreckt, während sie lateral nicht mit dieser überlappt; und/oder b) Bereitstellen einer Führungszone (1023) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die unterhalb des zweiten Kanalgebiets (1022) angeordnet ist, wobei die Führungszone (1023) lateral mit der zweiten Mesa (102) überlappt und sich lateral zu der ersten Mesa (101) hin erstreckt, während sie lateral nicht mit dieser überlappt; und Bereitstellen einer Barrierezone des ersten Leitfähigkeitstyps (105), die zwischen der Führungszone (1023) und der Grabenstruktur (17) angeordnet ist, wobei die Barrierezone (105) eine Dotierungsstoffkonzentration wenigstens zweimal so groß wie die Dotierungsstoffkonzentration des Driftgebiets (100) aufweist.
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