DE102018112344A1 - Leistungshalbleitervorrichtung mit dV/dt-Steuerbarkeit und Quergrabenanordnung - Google Patents

Leistungshalbleitervorrichtung mit dV/dt-Steuerbarkeit und Quergrabenanordnung Download PDF

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trench
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trenches
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Markus Bina
Matteo Dainese
Ingo Dirnstorfer
Erich Griebl
Christian Jäger
Johannes Georg Laven
Caspar Leendertz
Frank Pfirsch
Alexander Philippou
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Infineon Technologies AG
Infineon Technologies Dresden GmbH and Co KG
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Infineon Technologies AG
Infineon Technologies Dresden GmbH and Co KG
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Abstract

Eine Leistungshalbleitervorrichtung (1) umfasst eine aktive Region (1-2), die konfiguriert ist, einen Laststrom zu leiten; eine inaktive Begrenzungsregion (1-3), die die aktive Region (1-2) umgibt; einen Halbleiterkörper (10), der einen Teil jeder der aktiven Region (1-2) und der inaktiven Begrenzungsregion (1-3) bildet; einen ersten Lastanschluss (11) und einen zweiten Lastanschluss (12), wobei die aktive Region (1-2) konfiguriert ist, den Laststrom zwischen dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12) zu leiten; mindestens eine Leistungszelle (1-1) mit einer Vielzahl von Gräben (14, 15, 16), die sich in den Halbleiterkörper (10) erstrecken und aneinander angrenzend entlang einer ersten lateralen Richtung (X) angeordnet sind. Jeder der Gräben (14, 15, 16) weist eine Streifenkonfiguration auf, die sich entlang einer zweiten lateralen Richtung (Y) in die aktive Region (1-2) erstreckt. Die Gräben (14, 15, 16) grenzen räumlich eine Vielzahl von Mesen (17, 18) ein. Die Vielzahl von Mesen (17, 18) umfassen mindestens eine Mesa des ersten Typs (17), die mit dem ersten Lastanschluss (11) in der aktiven Region (1-2) elektrisch verbunden und konfiguriert ist, mindestens einen Teil des Laststroms zu leiten, und mindestens eine Mesa des zweiten Typs (18), die konfiguriert ist, den Laststrom nicht zu leiten. Die Vorrichtung (1) umfasst ferner eine Entkopplungsstruktur (19), die in mindestens einer der mindestens einen Mesa des zweiten Typs (18) angeordnet ist und die mindestens eine Mesa des zweiten Typs (18) in einen ersten Abschnitt (181), der mindestens durch den Halbleiterkörper (10) in der aktiven Region (1-2) gebildet wird, und in einen zweiten Abschnitt (182), der mindestens durch den Halbleiterkörper (10) in der Begrenzungsregion (1-3) gebildet wird, trennt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Patentschrift betrifft Ausführungsformen einer Leistungshalbleitervorrichtung und Ausführungsformen eines Verfahrens zum Verarbeiten einer Leistungshalbleitervorrichtung. Insbesondere betrifft die Patentschrift Ausführungsformen einer Leistungshalbleitervorrichtung mit einer oder mehreren Leistungszellen, die jeweils mindestens drei Gräben mit jeweiligen Grabenelektroden, z. B. für dV/dt-Steuerbarkeit, umfassen, und korrespondierende Verarbeitungsverfahren.
  • HINTERGRUND
  • Viele Funktionen moderner Vorrichtungen in Automobil-, Verbraucher- und industriellen Anwendungen wie Umwandeln elektrischer Energie und Ansteuern eines Elektromotors oder einer elektrischen Maschine beruhen auf Halbleitervorrichtungen. Zum Beispiel wurden Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs), Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) und Dioden, um einige zu nennen, für verschiedene Anwendungen verwendet, enthaltend Schalter in Leistungsversorgungen und Leistungswandlern, aber nicht darauf beschränkt.
  • Eine Leistungshalbleitervorrichtung umfasst gewöhnlich einen Halbleiterkörper, konfiguriert zum Leiten eines Laststroms entlang einem Laststromweg zwischen zwei Lastanschlüssen der Vorrichtung. Ferner kann der Laststromweg mittels einer isolierten Elektrode gesteuert werden, die manchmal als eine Gateelektrode bezeichnet wird. Zum Beispiel kann die Steuerelektrode nach Empfangen eines korrespondierenden Steuersignals von z. B. einer Treibereinheit die Leistungshalbleitervorrichtung in einen eines leitenden Zustands und eines blockierenden Zustands versetzen.
  • In einigen Fällen kann die Gateelektrode in einem Graben der Leistungshalbleitervorrichtung enthalten sein, wobei der Graben z. B. eine Streifenkonfiguration oder eine Nadelkonfiguration aufzeigen kann.
  • Ferner enthält ein derartiger Graben gelegentlich mehr als eine Elektrode, z. B. zwei oder mehr Elektroden, die voneinander getrennt angeordnet und manchmal auch voneinander elektrisch isoliert sind. Zum Beispiel kann ein Graben sowohl eine Gateelektrode als auch eine Feldelektrode umfassen, wobei die Gateelektrode von jedem der Lastanschlüsse elektrisch isoliert sein kann und wobei die Feldelektrode mit einem der Lastanschlüsse elektrisch verbunden sein kann.
  • Es ist gewöhnlich wünschenswert, Verluste, z. B. Schaltverluste, der Leistungshalbleitervorrichtung gering zu halten.
  • Zum Beispiel können geringe Schaltverluste durch Gewährleistung kurzer Schaltdauern, z. B. eine kurze Einschaltdauer und/oder eine kurze Ausschaltdauer, erreicht werden.
  • Andererseits können in einer gegebenen Anwendung auch Anforderungen bezüglich einer maximalen Steilheit der Spannung (dV/dt) und/oder einer maximalen Steilheit des Laststroms (dI/dt) vorliegen.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Leistungshalbleitervorrichtung eine aktive Region, die konfiguriert ist, einen Laststrom zu leiten; eine inaktive Begrenzungsregion, die die aktive Region umgibt; einen Halbleiterkörper, der einen Teil jeder der aktiven Region und der inaktiven Begrenzungsregion bildet; einen ersten Lastanschluss und einen zweiten Lastanschluss, wobei die aktive Region konfiguriert ist, den Laststrom zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss zu leiten; einen Steueranschluss, konfiguriert zum Empfangen eines Steuersignals zum Steuern des Laststroms; mindestens eine Leistungszelle mit einer Vielzahl von Gräben, die sich in den Halbleiterkörper erstrecken und aneinander angrenzend entlang einer ersten lateralen Richtung angeordnet sind. Jeder der Vielzahl von Gräben enthält eine Grabenelektrode. Jeder der Gräben weist eine Streifenkonfiguration auf, die sich entlang einer zweiten lateralen Richtung in die aktive Region erstreckt. Die Vielzahl von Gräben jeder der mindestens einen Leistungszelle umfasst mindestens einen Graben des ersten Typs, dessen Grabenelektrode mit dem Steueranschluss elektrisch verbunden ist, und mindestens einen Graben des zweiten Typs, dessen Grabenelektrode entweder mit einem elektrischen Potenzial, das von dem elektrischen Potenzial des Steueranschlusses verschieden ist, elektrisch verbunden oder potentialfrei ist. Die Gräben grenzen räumlich eine Vielzahl von Mesen ein. Die Vielzahl von Mesen umfassen mindestens eine Mesa des ersten Typs, die mit dem ersten Lastanschluss in der aktiven Region elektrisch verbunden und konfiguriert ist, mindestens einen Teil des Laststroms zu leiten, und mindestens eine Mesa des zweiten Typs, die konfiguriert ist, den Laststrom nicht zu leiten. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Entkopplungsstruktur, die in mindestens einer der mindestens einen Mesa des zweiten Typs angeordnet ist und die mindestens eine Mesa des zweiten Typs in einen ersten Abschnitt, der mindestens durch den Halbleiterkörper in der aktiven Region gebildet wird, und in einen zweiten Abschnitt, der mindestens durch den Halbleiterkörper in der Begrenzungsregion gebildet wird, trennt.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren eine Leistungshalbleitervorrichtung, die umfasst: eine aktive Region, die konfiguriert ist, einen Laststrom zu leisten; eine inaktive Begrenzungsregion, die die aktive Region umgibt; einen Halbleiterkörper, der einen Teil jeder der aktiven Region und der inaktiven Begrenzungsregion bildet; einen ersten Lastanschluss und einen zweiten Lastanschluss, wobei die aktive Region konfiguriert ist, den Laststrom zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss zu leiten; einen Steueranschluss, der konfiguriert ist, ein Steuersignal zum Steuern des Laststroms zu empfangen; mindestens eine Leistungszelle mit einer Vielzahl von Gräben, die sich in den Halbleiterkörper erstrecken und aneinander angrenzend entlang einer ersten lateralen Richtung angeordnet sind. Jeder der Vielzahl von Gräben enthält eine Grabenelektrode. Jeder der Gräben weist eine Streifenkonfiguration auf, die sich entlang einer zweiten lateralen Richtung in die aktive Region erstreckt. Die Vielzahl von Gräben jeder der mindestens einen Leistungszelle umfasst mindestens einen Graben des ersten Typs, dessen Grabenelektrode mit dem Steueranschluss elektrisch verbunden ist, und mindestens einen Graben des zweiten Typs, dessen Grabenelektrode entweder mit einem elektrischen Potenzial, das von dem elektrischen Potenzial des Steueranschlusses verschieden ist, elektrisch verbunden oder potentialfrei ist. Die Gräben grenzen räumlich eine Vielzahl von Mesen ein. Die Vielzahl von Mesen umfasst mindestens eine Mesa des ersten Typs, die mit dem ersten Lastanschluss in der aktiven Region elektrisch verbunden und konfiguriert ist, mindestens einen Teil des Laststroms zu leiten, und mindestens eine Mesa des zweiten Typs, die konfiguriert ist, den Laststrom nicht zu leiten. Das Verfahren umfasst ferner Bereitstellen einer Entkopplungsstruktur, die in mindestens einer der mindestens einen Mesa des zweiten Typs angeordnet ist und die die mindestens eine Mesa des zweiten Typs in einen ersten Abschnitt, der mindestens durch den Halbleiterkörper in der aktiven Region gebildet wird, und in einen zweiten Abschnitt, der mindestens durch den Halbleiterkörper in der Begrenzungsregion gebildet wird, trennt.
  • Fachleute im Fachgebiet werden nach Lesen der nachstehenden ausführlichen Beschreibung und nach Betrachtung der beigefügten Zeichnungen zusätzliche Merkmale und Vorteile erkennen.
  • Figurenliste
  • Die Teile in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht, stattdessen wurde Nachdruck darauf gelegt, die Grundsätze der Erfindung darzustellen. Überdies bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen korrespondierende Teile. In den Zeichnungen zeigen:
    • 1 schematisch und beispielhaft einen Abschnitt einer horizontalen Projektion einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 2-4 jeweils schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 5A-B jeweils schematisch und beispielhaft einen Abschnitt einer horizontalen Projektion einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 6 schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 7 schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines horizontalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 8-9 jeweils schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 11-15 jeweils schematisch und beispielhaft einen Abschnitt einer horizontalen Projektion einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 16-17 jeweils schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 18 schematisch und beispielhaft ein Verfahren gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 19A-B jeweils schematisch und beispielhaft einen Abschnitt einer horizontalen Projektion und einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 20-21 jeweils schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 22A-B jeweils schematisch und beispielhaft einen Abschnitt einer horizontalen Projektion einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 23A-C jeweils schematisch und beispielhaft einen Abschnitt einer horizontalen Projektion einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen; und
    • 24 schematisch und beispielhaft einen Abschnitt einer horizontalen Projektion einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • In der nachstehenden ausführlichen Beschreibung wird Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen spezifische Ausführungsformen, in denen die Erfindung praktiziert werden kann, zur Veranschaulichung dargestellt werden.
  • In dieser Hinsicht kann Richtungsterminologie wie „oben“, „unten“, „unter“, „vorne“, „hinter“, „hinten“, „voreilend“, „nacheilend“, „über“ usw. mit Bezugnahme auf die Ausrichtung der Figur(en), die beschrieben wird/werden, verwendet werden. Da Teile von Ausführungsformen in einer Anzahl von verschiedenen Ausrichtungen angeordnet sein können, wird die Richtungsterminologie zu Zwecken der Veranschaulichung verwendet und ist in keiner Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Veränderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die nachstehende ausführliche Beschreibung ist daher nicht in einem einschränkenden Sinn zu verstehen und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert.
  • Jetzt wird ausführlich Bezug auf verschiedene Ausführungsformen genommen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den Figuren dargestellt sind. Jedes Beispiel wird zur Erläuterung bereitgestellt und ist nicht als eine Einschränkung der Erfindung beabsichtigt. Zum Beispiel können Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform dargestellt oder beschrieben werden, an oder in Verbindung mit anderen Ausführungsformen verwendet werden, um eine weitere Ausführungsform zu ergeben. Es wird beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung derartige Abwandlungen und Variationen enthält. Die Beispiele werden unter Verwendung einer spezifischen Sprache beschrieben, die nicht so ausgelegt werden sollte, dass sie den Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche einschränkt. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgerecht und dienen nur veranschaulichenden Zwecken. Zur Deutlichkeit wurden die gleichen Elemente oder Herstellungsschritte mit den gleichen Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen bezeichnet, wenn nicht anders angegeben.
  • Der Begriff „horizontal“, wie in dieser Patentschrift verwendet, soll eine Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen parallel zu einer horizontalen Oberfläche eines Halbleitersubstrats oder einer Halbleiterstruktur ist. Dies kann zum Beispiel die Oberfläche eines Halbleiterwafers oder eines -plättchens oder eines -chips sein. Zum Beispiel können sowohl die erste laterale Richtung X als auch die zweite laterale Richtung Y, die nachstehend erwähnt werden, horizontale Richtungen sein, wobei die erste laterale Richtung X und die zweite laterale Richtung Y senkrecht zueinander sein können.
  • Der Begriff „vertikal“, wie in dieser Patentschrift verwendet, soll eine Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der horizontalen Oberfläche angeordnet ist, d. h. parallel zu der Richtung der Normalen der Oberfläche des Halbleiterwafers/-chips/-plättchens. Zum Beispiel kann die nachstehend erwähnte Ausdehnungsrichtung Z eine Ausdehnungsrichtung sein, die senkrecht zu sowohl der ersten lateralen Richtung X als auch der zweiten lateralen Richtung Y ist. Die Ausdehnungsrichtung Z wird hierin auch als „vertikale Richtung Z“ bezeichnet.
  • In dieser Patentschrift wird n-dotiert als „erster Leitfähigkeitstyp“ bezeichnet, während p-dotiert als „zweiter Leitfähigkeitstyp“ bezeichnet wird. Alternativ können entgegengesetzte Dotierungsverhältnisse genutzt werden, so dass der erste Leitfähigkeitstyp p-dotiert und der zweite Leitfähigkeitstyp n-dotiert sein kann.
  • Im Kontext der vorliegenden Patentschrift sollen die Begriffe „in ohmschem Kontakt“, „in elektrischem Kontakt“, „in ohmscher Verbindung“ und „elektrisch verbunden“ beschreiben, dass eine niederohmsche elektrische Verbindung oder ein niederohmscher Stromweg zwischen zwei Regionen, Abschnitten, 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 Teil einer Halbleitervorrichtung vorhanden ist. Ferner soll der Begriff „in Kontakt“ im Kontext der vorliegenden Patentschrift beschreiben, dass eine direkte physikalische Verbindung zwischen zwei Elementen der jeweiligen Halbleitervorrichtung besteht, z. B. kann ein Übergang zwischen zwei Elementen, die miteinander in Kontakt stehen, keinen weiteren Zwischenkontakt oder dergleichen enthalten.
  • Außerdem wird der Begriff „elektrische Isolierung“ im Kontext der vorliegenden Patentschrift, wenn nicht anders angegeben, im Kontext seines allgemeinen gültigen Verständnisses verwendet und soll demgemäß beschreiben, dass zwei oder mehr Komponenten getrennt voneinander positioniert sind und dass keine ohmsche Verbindung besteht, die diese Komponenten verbindet. Jedoch können Komponenten, die voneinander elektrisch isoliert sind, trotzdem aneinander gekoppelt sein, zum Beispiel mechanisch gekoppelt und/oder kapazitiv gekoppelt und/oder induktiv gekoppelt. Um ein Beispiel zu geben, können zwei Elektroden eines Kondensators voneinander elektrisch isoliert sein und zur gleichen Zeit mechanisch und kapazitiv aneinander gekoppelt sein, z. B. mittels einer Isolierung, z. B. ein Dielektrikum.
  • In dieser Patentschrift beschriebene spezifische Ausführungsformen betreffen eine Leistungshalbleitervorrichtung, die eine Streifenzellen- oder eine zellulare Zellenkonfiguration aufzeigt, ohne darauf beschränkt zu sein, z. B. eine Leistungshalbleitervorrichtung, die in einem Leistungswandler oder einer Leistungsversorgung verwendet werden kann. Demgemäß kann in einer Ausführungsform eine derartige Vorrichtung konfiguriert sein, einen Laststrom zu tragen, der jeweils einer Last zuzuführen ist und/oder der durch eine Leistungsquelle bereitgestellt wird. Zum Beispiel kann die Leistungshalbleitervorrichtung eine oder mehrere aktive Leistungshalbleiterzellen wie eine monolithisch integrierte Diodenzelle und/oder eine monolithisch integrierte Transistorzelle und/oder eine monolithisch integrierte IGBT-Zelle und/oder eine monolithisch integrierte RC-IGBT-Zelle und/oder eine monolithisch integrierte Zelle einer Diode mit MOS-Steuerelektrode (MGD) und/oder eine monolithisch integrierte MOSFET-Zelle und/oder Ableitungen davon umfassen. Derartige Diodenzellen und/oder derartige Transistorzellen können in einem Leistungshalbleitermodul integriert sein. Eine Vielzahl derartiger Zellen kann ein Zellenfeld bilden, das mit einer aktiven Region der Leistungshalbleitervorrichtung angeordnet ist.
  • Der Begriff „Leistungshalbleitervorrichtung“, wie in dieser Patentschrift verwendet, soll eine Halbleitervorrichtung auf einem einzelnen Chip mit hoher Spannung blockierender und/oder hohen Strom tragender Fähigkeit beschreiben. Anders ausgedrückt, ist eine derartige Leistungshalbleitervorrichtung für hohen Strom, typischerweise im Amperebereich, z. B. bis zu mehreren zehn oder hundert Ampere, und/oder hohe Spannungen, typischerweise über 15 V, noch typischer 100 V und darüber, z. B. bis zu mindestens 400 V, vorgesehen.
  • Zum Beispiel kann die nachstehend beschriebene Leistungshalbleitervorrichtung eine Halbleitervorrichtung sein, die eine Streifenzellenkonfiguration oder eine zellulare Zellenkonfiguration aufzeigt und die konfiguriert sein kann, als eine Leistungskomponente in einer Nieder-, Mittel- oder Hochspannungsanwendung eingesetzt zu werden.
  • Zum Beispiel ist der Begriff „Leistungshalbleitervorrichtung“, wie in dieser Patentschrift verwendet, nicht auf Logikhalbleitervorrichtungen, die für z. B. Speichern von Daten, Berechnen von Daten verwendet werden, und/oder andere Typen von halbleiterbasierter Datenverarbeitung gerichtet.
  • 1 zeigt schematisch und beispielhaft einen Abschnitt einer horizontalen Projektion einer Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Jede der 2-4 zeigt schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Ausführungsform der Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsform. Im Folgenden wird auf jede der 1-4 Bezug genommen.
  • Zum Beispiel umfasst die Leistungshalbleitervorrichtung 1 einen Halbleiterkörper 10, der an einen ersten Lastanschluss 11 und einen zweiten Lastanschluss 12 gekoppelt ist.
  • Hinsichtlich aller hierin offenbarten Ausführungsformen kann die Leistungshalbleitervorrichtung 1 ein IGBT sein. Zum Beispiel zeigt jede der 1 bis 17 Aspekte einer Leistungshalbleitervorrichtung, die implementiert werden kann, einen IGBT zu realisieren.
  • Zum Beispiel ist der erste Lastanschluss 11 ein Emitteranschluss und kann der zweite Lastanschluss 12 ein Kollektoranschluss sein.
  • Der Halbleiterkörper 10 kann eine Driftregion 100 mit Dotanden des ersten Leitfähigkeitstyps sein. Zum Beispiel werden die Ausdehnung der Driftregion 100 entlang der Ausdehnungsrichtung Z und ihre Dotandenkonzentration in Abhängigkeit von der Blockierungsspannungsbemessung ausgewählt, für die die Leistungshalbleitervorrichtung 1 entworfen werden soll, z. B. in einer Weise, die einem Fachmann bekannt ist.
  • Ferner kann der erste Lastanschluss 11 an der Vorderseite der Leistungshalbleitervorrichtung 1 angeordnet sein und kann eine Vorderseitenmetallisierung enthalten. Der zweite Lastanschluss 12 kann gegenüber der Vorderseite angeordnet sein, z. B. an einer Rückseite der Leistungshalbleitervorrichtung 1, und kann zum Beispiel eine Rückseitenmetallisierung enthalten. Dementsprechend kann die Leistungshalbleitervorrichtung 1 eine vertikale Konfiguration aufzeigen. In einer anderen Ausführungsform kann jeder des ersten Lastanschlusses 11 und des zweiten Lastanschlusses 12 an einer gemeinsamen Seite angeordnet sein, z. B. beide an der Vorderseite der Leistungshalbleitervorrichtung 1.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 1 kann ferner eine aktive Region 1-2, eine inaktive Begrenzungsstruktur 1-3 (gepunkteter Bereich in 1; hierin auch als „Begrenzungsregion“ bezeichnet) und eine Chipkante 1-4 enthalten. Der Halbleiterkörper 10 kann einen Teil jeder der aktiven Region 1-2 und der inaktiven Begrenzungsregion bilden, während die Chipkante 1-4 den Halbleiterkörper 10 lateral begrenzen kann. Die Chipkante 1-4 kann zum Beispiel mittels Wafervereinzelung entstanden sein und kann sich entlang der vertikalen Richtung Z erstrecken. Die inaktive Begrenzungsstruktur 1-3 kann zwischen der aktiven Region 1-2 und der Chipkante 1-4 angeordnet sein, wie in 1 dargestellt.
  • Die Begriffe „aktive Region“ und „Begrenzungsstruktur“ werden in der vorliegenden Patentschrift in einer gemeinsamen Weise genutzt, d. h. die aktive Region 1-2 und die Begrenzungsstruktur 1-3 können konfiguriert sein, die damit typischerweise assoziierten grundlegenden technischen Funktionalitäten bereitzustellen. Zum Beispiel ist die aktive Region 1-2 der Leistungshalbleitervorrichtung 1 konfiguriert, einen Laststrom zwischen den Anschlüssen 11, 12 zu leiten, während die Begrenzungsstruktur 1-3 den Laststrom nicht leitet, sondern vielmehr Funktionen hinsichtlich des Verlaufs des elektrischen Felds erfüllt, die Blockierungsfähigkeit gewährleistet, die aktive Region 1-2 sicher begrenzt und so weiter, gemäß einer Ausführungsform. Zum Beispiel kann die Begrenzungsstruktur 1-3 die aktive Region 1-2 vollständig umgeben, wie in 1 dargestellt.
  • Die aktive Region 1-2 kann mindestens eine Leistungszelle 1-1 umfassen. In einer Ausführungsform ist eine Vielzahl derartiger Leistungszellen 1-1 in der aktiven Region 1-2 enthalten. Die Anzahl der Leistungszellen 1-1 kann größer als 100, als 1000 oder sogar größer als 10.000 sein. Die Leistungszellen 1-1 können jeweils eine identische Konfiguration aufzeigen. Demgemäß kann in einer Ausführungsform jede Leistungszelle 1-1 eine Konfiguration einer Leistungseinheitszelle aufzeigen, zum Beispiel wie in den 2-17 dargestellt. Im Folgenden kann, wenn eine Erläuterung für eine beispielhafte Konfiguration einer spezifischen Leistungszelle 1-1 (z. B. wie „die Leistungszelle 1-1 umfasst...“ oder „die Komponente der Leistungszelle 1-1 ist/hat...“) präsentiert wird, diese Erläuterung gleichermaßen auf alle Leistungszellen 1-1, die in der Leistungshalbleitervorrichtung 1 enthalten sein können, zutreffen, wenn nicht explizit anders angegeben.
  • Jede Leistungszelle 1-1 kann eine Streifenkonfiguration aufzeigen, wie schematisch in 1 dargestellt, wobei die gesamte laterale Ausdehnung in einer lateralen Richtung, z. B. entlang der zweiten lateralen Richtung Y, der Leistungszelle 1-1 und ihrer Komponenten beträchtlich größer sein kann als die gesamte laterale Ausdehnung in der anderen lateralen Richtung, z. B. entlang der ersten lateralen Richtung X. Zum Beispiel kann die längere gesamte laterale Ausdehnung in der zweiten lateralen Richtung Y einer jeweiligen Streifenleistungszelle 1-1 sogar größer sein als die gesamte Ausdehnung der aktiven Region 1-2 entlang dieser lateralen Richtung, wie in 1 dargestellt.
  • In einer anderen Ausführungsform kann jede Leistungszelle 1-1 eine zellulare Konfiguration aufzeigen, wobei die lateralen Ausdehnungen jeder Leistungszelle 1-1 beträchtlich kleiner sein können als die gesamten lateralen Ausdehnungen der aktiven Region 1-2. Die vorliegende Offenbarung betrifft jedoch eher Ausführungsformen der Leistungshalbleitervorrichtung 1, in denen die Leistungszellen 1-1 eine Streifenkonfiguration aufweisen.
  • Bezug nehmend auf alle hierin offenbarten Ausführungsformen, kann jede der Leistungszellen 1-1 eine Streifenkonfiguration aufzeigen und kann konfiguriert sein, eine IGBT-Funktionalität bereitzustellen.
  • Jede Leistungszelle 1-1 kann sich mindestens teilweise in den Halbleiterkörper 10 erstrecken und mindestens einen Abschnitt der Driftregion 100 umfasst. Ferner kann jede Leistungszelle 1-1 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden sein. Jede Leistungszelle 1-1 kann konfiguriert sein, einen Teil des Laststroms zwischen den Anschlüssen 11 und 12 zu leiten und eine zwischen den Anschlüssen 11 und 12 angelegte Blockierungsspannung zu blockieren.
  • Zum Steuern der Leistungshalbleitervorrichtung 1 kann jede Leistungszelle 1-1, die konfiguriert ist, die jeweilige Leistungszelle 1-1 selektiv in einen eines leitenden Zustands und eines blockierenden Zustands zu versetzen, an eine Steuerelektrode funktionsfähig gekoppelt sein bzw. diese umfassen.
  • Bezug nehmend auf die in den 2-4 dargestellten Beispiele, kann eine Sourceregion 101 zum Beispiel mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden sein und kann Dotanden des ersten Leitfähigkeitstyps umfassen, z. B. bei einer beträchtlich höheren Dotandenkonzentration als die Driftregion 100. Ferner kann eine Kanalregion 102 bereitgestellt sein, die Dotanden des zweiten Leitfähigkeitstyps umfasst und die die Sourceregion 101 und die Driftregion 100 trennt, z. B. die die Sourceregion 101 von der Driftregion 100 isoliert. Ein Übergang zwischen der Kanalregion 102 und der Driftregion 100 kann eine pn-Grenzfläche 1021 bilden. Die Driftregion 100 kann sich entlang der vertikalen Richtung Z erstrecken, bis sie an eine dotierte Kontaktregion 109 anschließt, die in elektrischem Kontakt mit dem zweiten Lastanschluss 12 angeordnet ist. Die dotierte Kontaktregion 109 kann gemäß der Konfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 1 gebildet sein; z. B. kann die dotierte Kontaktregion 109 eine Emitterregion mit Dotanden des zweiten Leitfähigkeitstyps sein, z. B. eine p-Emitterregion 109. Zum Bilden eines RC-IGBT kann die dotierte Kontaktregion 109 durch eine Emitterregion mit Dotanden des zweiten Leitfähigkeitstyps und durch kleine Abschnitte mit Dotanden des ersten Leitfähigkeitstyps, die ebenfalls mit dem zweiten Lastanschluss 12 elektrisch verbunden sind, die gewöhnlich als „n-Shorts“ bezeichnet werden, gebildet sein. Zwischen der dotierten Kontaktregion 109 kann außerdem eine Feldstoppregion (nicht dargestellt) bereitgestellt sein, die die Driftregion 100 an die dotierte Kontaktregion 109 koppelt. Zum Beispiel kann eine derartige Feldstoppregion Dotanden des ersten Leitfähigkeitstyps bei einer Dotandenkonzentration umfassen, die beträchtlich größer ist als die Dotandenkonzentration der Driftregion.
  • Zum Beispiel enthält jede Leistungszelle 1-1 eine Vielzahl von Gräben 14, 15, 16, die sich in den Halbleiterkörper 10 erstrecken und die aneinander angrenzend entlang der ersten lateralen Richtung X angeordnet sind, wobei jeder der Gräben 14, 15, 16 eine Streifenkonfiguration aufweist, die sich entlang der zweiten lateralen Richtung Y in die aktive Region 1-2 und wahlweise außerdem weiter in der Begrenzungsregion 1-3 erstrecken, und wobei die Gräben 14, 15, 16 eine Vielzahl von Mesen 17, 18 räumlich eingrenzen.
  • Jeder der Vielzahl von Gräben 14, 15, 16 kann eine Grabenelektrode 141, 151, 161 enthalten. Zum Beispiel kann sich jede der Grabenelektroden 141, 151, 161 außerdem entlang der zweiten lateralen Richtung Y in die aktive Region 1-2 und wahlweise außerdem weiter in die Begrenzungsregion 1-3 erstrecken. Dementsprechend kann sich ebenfalls jede der Mesen 17, 18, durch die Gräben 14, 15, 16 räumlich eingegrenzt, entlang der zweiten lateralen Richtung Y in die aktive Region 1-2 und wahlweise außerdem weiter in die Begrenzungsregion 1-3 erstrecken. In Bezug auf 1 versteht es sich, dass, auch wenn sich die Gräben 14, 15, 16 injede der aktiven Region 1-2 und die Begrenzungsregion 1-3 erstrecken können, die Leistungszellen 1-1 ihre Funktionalität des Leitens des Hauptteils des Laststroms (z. B. mehr als 90 %) nur in der aktiven Region 1-2 erfüllen, gemäß einer Ausführungsform der Leistungshalbleitervorrichtung 1.
  • Die Grabenelektroden 141, 151, 161 können von dem Halbleiterkörper 10 mittels eines jeweiligen Grabenisolators 141, 152, 162 elektrisch isoliert sein. In der lateralen Richtung, z. B. in der ersten lateralen Richtung X, können die Gräben 14, 15, 16 durch jeweilige Grabenseitenwände 144, 154, 164 begrenzt sein und in der vertikalen Richtung Z können die Gräben 14, 15, 16 durch jeweilige Grabenböden 145, 155, 165 begrenzt sein.
  • Der Begriff „Mesa“, wie hierin verwendet, kann einen Abschnitt des Halbleiterkörpers 10 bezeichnen, der sich zwischen zwei Grabenseitenwänden von zwei aneinander angrenzenden Gräben, die zueinander weisen, erstreckt und der im Wesentlichen die gleiche gesamte Ausdehnung in der vertikalen Richtung Z wie die zwei aneinander angrenzenden Gräben aufweist.
  • In einer Ausführungsform kann die Leistungshalbleitervorrichtung 1 einen Steueranschluss 13 umfassen, wobei der Halbleiterkörper 10 konfiguriert sein kann, den Laststrom zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und den zweiten Lastanschluss 12 zu leiten, z. B. mittels der Leistungszellen 1-1, und wobei der Steueranschluss 13 konfiguriert sein kann, ein Steuersignal zum Steuern des Laststroms zu empfangen. Ein derartiges Steuersignal kann durch zum Beispiel einen Treiber (nicht dargestellt) bereitgestellt werden. Der Steueranschluss 13 kann von dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12 elektrisch isoliert sein, z. B. mittels einer Isolierungsstruktur 132. In einer Ausführungsform ist der Steueranschluss 13 ein Gateanschluss. Zum Beispiel ist die Leistungshalbleitervorrichtung 1 ein IGBT, der konfiguriert ist, basierend auf einer Gate-Emitter-Spannung VGE gesteuert zu werden, z. B. in einer grundlegenden Weise des Steuerns eines IGBT, die einem Fachmann bekannt ist, wobei die Gate-Emitter-Spannung, d. h. eine Spannung zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem Steueranschluss 13, durch den Treiber bereitgestellt werden kann.
  • Zum Beispiel umfasst die Vielzahl von Gräben mindestens einen Graben des ersten Typs 14, dessen Grabenelektrode 141 mit dem Steueranschluss 13 elektrisch verbunden ist. Ferner kann die Vielzahl von Mesen mindestens eine Mesa des ersten Typs 17 umfassen, die mit dem ersten Lastanschluss 11 in der aktiven Region 1-2 elektrisch verbunden ist und die konfiguriert ist, mindestens einen Teil des Laststroms zu leiten.
  • Zum Beispiel grenzt der Graben des ersten Typs 14 die Mesa des ersten Typs 17 räumlich ein, mindestens an einer Seite. Dann kann ein Graben des ersten Typs 14 ein Steuergraben und seine Grabenelektrode eine Gateelektrode sein, die konfiguriert ist, den Laststrom zu steuern, z. B. mittels Induzieren eines Inversionskanals in der Kanalregion 102.
  • Zum Beispiel umfasst die Mesa des ersten Typs 17 die Sourceregion 101 und die Kanalregion 102, wobei diese Regionen 101 und 102 mittels eines ersten Kontaktsteckers 111 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden sein können. Ein Übergang 175 zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und der Mesa des ersten Typs 17 kann eine Schnittstelle für den Laststrom zum Passieren von dem ersten Lastanschluss 11 in den Halbleiterkörper 10 und/oder umgekehrt bereitstellen.
  • Der Übergang 175 zwischen der Mesa des ersten Typs 17 und dem ersten Lastanschluss 11 kann aufgrund des ersten Kontaktsteckers 111 elektrisch leitend sein. Zum Beispiel durchdringt der erste Kontaktstecker 111 eine Isolierungsschicht 112, die in dem Abschnitt, in dem sie durch den Stecker 11 nicht durchdrungen wird, den Halbleiterkörper 10 von dem ersten Lastanschluss 11 isoliert. Der erste Kontaktstecker 111 kann sich in die Mesa des ersten Typs 17 erstrecken, um jede der Sourceregion 101 und der Kanalregion 102 zu kontaktieren. Es versteht sich jedoch, dass der erste Kontaktstecker 111 sich in den Halbleiteranteil der Mesa des ersten Typs 17 erstrecken kann, dies aber nicht notwendigerweise muss, um die elektrische Verbindung damit herzustellen. Zum Beispiel kann der erste Kontaktstecker 111 im Wesentlichen an der Oberfläche des Halbleiterkörpers 10 enden und kann trotzdem Kontakt zu sowohl der Sourceregion 101 als auch der Kanalregion 102 herstellen. In einer anderen Ausführungsform, wie dargestellt, erstreckt sich der erste Kontaktstecker 111 entlang der vertikalen Richtung Z in den Halbleiteranteil der Mesa des ersten Typs 17.
  • Zum Beispiel ist der erste Kontaktstecker 111 an einer lateralen zentralen Position in Bezug auf die Mesaausdehnung in der ersten lateralen Richtung X angeordnet. Ferner versteht es sich dass die Sourceregion 101 an beiden Seiten des Kontaktsteckers angeordnet sein kann, z. B. in einer symmetrischen Weise, wie in den 3 und 4 dargestellt, oder nur angrenzend an einer der Seiten des ersten Kontaktsteckers 111 angeordnet sein kann, z. B. an der Seite, die am nächsten zum Graben des ersten Typs 14 ist, der den Laststrom in der Mesa des ersten Typs 17 steuert, wie in 2 und außerdem in jedem der (vgl. Felder 116) 5B, 10, 11, 12, 13, 14A, 15 und 24 dargestellt.
  • Folglich enthält die Mesa des ersten Typs 17 gemäß einer Ausführungsform die Sourceregion 101 nur angrenzend an einer Seite des ersten Kontaktsteckers 111; z. B. kann die Mesa des ersten Typs 17 einen aktiven Mesaanteil (rechte Seite in 2) und einen inaktiven Mesaanteil (links vom ersten Kontaktstecker 111) enthalten. In Abhängigkeit vom Prozent kann eine derartige „aufgeteilte“ Mesa des ersten Typs 17 eine verbesserte Zuverlässigkeit der Vorrichtung 1 ergeben.
  • Zum Beispiel kann ein Inversionskanal nur im aktiven Anteil der Mesa des ersten Typs 17 enthalten sein, aber nicht in dem inaktiven Anteil der Mesa des ersten Typs 17.
  • Z. B. kann die Beschreibung der Mesa des zweiten Typs 18, die nachstehend ausführlicher gegeben wird, in analoger Weise für den inaktiven Anteil der Mesa des ersten Typs 17 zutreffen.
  • Folglich ist die Mesa des ersten Typs 17 in einer anderen Ausführungsform entlang der ersten lateralen Richtung X in den aktiven Mesaanteil und den inaktiven Mesaanteil getrennt. Eine derartige Trennung kann zum Beispiel erreicht werden, indem die Sourceregion 101 korrespondierend strukturiert wird (vgl. Felder 116 in den Zeichnungen). Zum Beispiel ist der aktive Mesaanteil angrenzend an den Graben des ersten Typs 14 (implementiert als Steuergraben) angeordnet und ist der inaktive Mesaanteil angrenzend an den Graben des zweiten Typs 16 angeordnet.
  • Z. B. ist, wie aus der nachstehenden Beschreibung besser ersichtlich werden wird, jede der in den 5B, 10, 11, 12, 13, 14A, 15 und 24 dargestellten Ausführungsformen mit Mesen des ersten Typs 17, die die inaktiven und aktiven Anteile aufweisen, ausgestattet, wobei die aktiven Anteile angrenzend an den Graben des ersten Typs 14 (implementiert als Steuergraben) angeordnet sind und die inaktiven Anteile zum Beispiel angrenzend an den Graben des zweiten Typs 16 (z. B. Sourcegraben) oder den Graben des ersten Typs 14 (implementiert als Blindgraben, vgl. die nachstehende Erläuterung) angeordnet sind.
  • In einer Ausführungsform der Leistungshalbleitervorrichtung 1 ist die dotierte Kontaktregion 109 ein p-Emitter und kann die Mesa des ersten Typs 17 mit dem p-Emitter 109 vollständig lateral überlappen.
  • Ferner kann die Vielzahl von Mesen mindestens eine Mesa des zweiten Typs 18 umfassen, die konfiguriert ist, den Laststrom nicht zu leiten. Zum Beispiel stellt in der aktiven Region 1-2 ein erster Übergang 185 zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und der Mesa des zweiten Typs 18 eine elektrische Isolierung mindestens für Ladungsträger des ersten Leitfähigkeitstyps bereit. In einer Ausführungsform kann die Leistungszelle 1-1 konfiguriert sein, zu verhindern, dass der Laststrom den ersten Übergang 185 zwischen der Mesa des zweiten Typs 18 und dem ersten Lastanschluss 11 überquert. Zum Beispiel kann die Mesa des zweiten Typs 18 gestatten, einen Inversionskanal zu induzieren; allerdings trägt in einer Ausführungsform ein induzierter Inversionskanal in der Mesa des zweiten Typs 18 nicht den Laststrom oder einen Teil davon. Im Gegensatz zur Mesa des ersten Typs 17 leitet die Mesa des zweiten Typs 18 nicht den Laststrom während des Leitzustands der Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform. Zum Beispiel kann die Mesa des zweiten Typs 18 als eine stillgelegte Mesa angesehen werden, die für den Zweck des Tragens des Laststroms nicht verwendet wird.
  • In einer ersten Ausführungsform der Mesa des zweiten Typs 18 ist die Mesa des zweiten Typs 18 nicht mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden, sondern davon elektrisch isoliert, z. B. mittels einer Isolierungsschicht 112. In dieser Ausführungsform stellt der erste Übergang 185 zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und der Mesa des zweiten Typs 18 eine elektrische Isolierung nicht nur für Ladungsträger des ersten Leitfähigkeitstyps, sondern auch für Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps bereit. Zu diesem Zweck umfasst die Mesa des zweiten Typs 18 in einer Variante weder einen Abschnitt der Sourceregion 101 noch einen Abschnitt der Kanalregion 102, noch wird die Mesa des zweiten Typs 18 mittels eines Kontaktsteckers (vgl. Bezugszeichen 111) kontaktiert, wie in 2 dargestellt. In einer anderen Variante kann die Mesa des zweiten Typs 18 in einer ähnlichen Weise wie die Mesa des ersten Typs 17 konfiguriert sein, z. B. indem sie ebenfalls einen Abschnitt der Sourceregion 101 und/oder einen Abschnitt der Kanalregion 102 umfasst, wobei der Unterschied zur Mesa des ersten Typs 17 enthält, dass weder der Abschnitt der Sourceregion 101 (falls vorhanden) noch der Abschnitt der Kanalregion 102 der Mesa des zweiten Typs 18 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden ist. Gemäß der ersten Ausführungsform der Mesa des zweiten Typs 18 überquert überhaupt kein Strom den ersten Übergang 185.
  • In einer zweiten Ausführungsform der Mesa des zweiten Typs 18 kann die Mesa des zweiten Typs 18 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden sein, wenn der erste Übergang 185 zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und der Mesa des zweiten Typs 18 eine elektrische Isolierung nur für Ladungsträger des ersten Leitfähigkeitstyps bereitstellt, aber nicht für Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps. Anders ausgedrückt, kann die Mesa des zweiten Typs 18 in dieser zweiten Ausführungsform konfiguriert sein, zu gestatten, dass ein Strom von Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps, z. B. ein Löcherstrom, den ersten Übergang 185 passiert. Zum Beispiel kann, in Abhängigkeit vom elektrischen Potenzial einer Elektrode, z. B. die Grabenelektrode 141, angrenzend an der Mesa des zweiten Typs 18, ein derartiger Löcherstrom nur vorübergehend entstehen, z. B. kurz vor dem Ausführen einer Ausschaltoperation, z. B. um die gesamte Ladungsträgerkonzentration, die in dem Halbleiterkörper 10 vorhanden ist, zu reduzieren. Wie vorstehend angeführt, kann die Mesa des zweiten Typs 18 in dieser Ausführungsform mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden sein. Zum Beispiel kann eine dotierte Kontaktregion (nicht dargestellt) mit Dotanden des zweiten Leitfähigkeitstyps der Mesa des zweiten Typs 18 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden sein, z. B. mittels eines Kontaktsteckers ähnlich dem oder identisch mit dem Typ des ersten Kontaktsteckers 111, der verwendet werden kann, die Mesa des ersten Typs 17 zu kontaktieren. Die dotierte Kontaktregion (nicht dargestellt) mit Dotanden des zweiten Leitfähigkeitstyps kann den Abschnitt der Driftregion 100, der in der Mesa des zweiten Typs 18 vorhanden ist, von dem ersten Lastanschluss 11 isolieren. Zum Beispiel befindet sich, gemäß der zweiten Ausführungsform der Mesa des zweiten Typs 18, in der Mesa des zweiten Typs 18 keine mit Dotanden des ersten Leitfähigkeitstyps dotierte Region, die mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden ist. Zum Beispiel kann die Mesa des zweiten Typs gemäß der zweiten Ausführungsform der Mesa des zweiten Typs 18 einen Abschnitt der Kanalregion 102 umfassen, der mit dem ersten Lastanschluss 11 in der aktiven Region 1-2 lokal elektrisch verbunden sein kann.
  • Die vorstehend dargestellte erste Ausführungsform und zweite Ausführungsform der Mesa des zweiten Typs 18 kann gestatten, die Konfiguration der Leistungszelle 1-1 zum Verhindern, dass der Laststrom den ersten Übergang 185 zwischen der Mesa des zweiten Typs 18 und dem ersten Lastanschluss 11 überquert, bereitzustellen.
  • Die Mesa des zweiten Typs 18 kann mindestens durch den Graben des ersten Typs 14 und einen weiteren Graben, der weiter unten erklärt werden wird, lateral eingegrenzt sein. Zum Beispiel ist, selbst wenn die Grabenelektrode 141 des angrenzenden Grabens des ersten Typs 14 mit dem Steueranschluss 13 elektrisch verbunden ist, die Grabenelektrode 141 nicht konfiguriert, den Laststrom in der Mesa des zweiten Typs 18 zu steuern, da, selbst wenn die Mesa des zweiten Typs 18 gestattet, einen Inversionskanal in der Mesa des zweiten Typs 18 zu induzieren, der Inversionskanal einen Teil des Laststroms nicht tragen würde, gemäß einer Ausführungsform.
  • Der Graben des ersten Typs 14, dessen Grabenelektrode 141 mit dem Steueranschluss 13 elektrisch verbunden ist, kann ebenfalls angrenzend an der Mesa des zweiten Typs 18 angeordnet sein; jedoch würde gemäß dem vorher Gesagten, selbst bei Empfangen eines korrespondierenden Steuersignals, das elektrische Potenzial der Grabenelektrode 141 des Grabens des ersten Typs 14 keinen Fluss eines Teils des Laststroms in der Mesa des zweiten Typs 18 verursachen. Dementsprechend kann in einer Ausführungsform, in der der Graben des ersten Typs 14 angrenzend an einer Mesa des zweiten Typs 18 an jeder Seite angeordnet ist (oder respektive angrenzend an der/den Mesa(s) des zweiten Typs 18 und/oder der/den inaktiven Mesaanteil(en) der Mesa des ersten Typs 17), der Graben des ersten Typs 14 als ein Blindgraben angesehen werden, da unabhängig davon, welches Steuersignal seine Grabenelektrode 141 empfängt, ein Fluss des Laststroms in seiner angrenzenden Mesa des zweiten Typs 18/seinen inaktiven Mesaanteilen der Mesa des ersten Typs 17 (linke und rechte Seite) aufgrund der Konfiguration der Mesen des zweiten Typs 18 (oder respektive der Konfiguration der inaktiven Mesaanteile der Mesen des ersten Typs 17) und/oder die Konfiguration des ersten Übergangs 185 zwischen den Mesen des zweiten Typs 18 und dem ersten Lastanschluss 11 verhindert wird.
  • Folglich kann, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, jede Leistungszelle 1-1 mindestens zwei Gräben des ersten Typs 14 umfassen, von denen einer als ein Steuergraben zum Steuern des Laststroms implementiert ist und der andere als Blindgraben implementiert ist. Hierbei ist der Graben des ersten Typs 14, der als Steuergraben implementiert ist, angrenzend an der mindestens einen (dem aktiven Anteil der) Mesa des ersten Typs 17 angeordnet und der Graben des ersten Typs 14, der als Blindgraben implementiert ist, ist angrenzend an eine oder mehrere Mesen des zweiten Typs 18 und dem inaktiven Anteil der Mesa des ersten Typs 17 angeordnet. Wie nachstehend erläutert werden wird, wenn verschiedene Kontaktierungsschemas der Leistungszellen 1-1 präsentiert werden, wird der Graben des ersten Typs 14, der als Steuergraben implementiert ist, als „G“ bezeichnet, während der Graben des ersten Typs 14, der als Blindgraben implementiert ist, als „D“ bezeichnet.
  • Die Vielzahl von Gräben kann ferner mindestens einen Graben des zweiten Typs 15 und/oder 16 umfassen, dessen Grabenelektroden 151/161 entweder mit einem elektrischen Potenzial, das von dem elektrischen Potenzial der Steueranschlusses 13 verschieden ist, elektrisch verbunden oder potentialfrei ist. Zum Beispiel enthält der Graben des zweiten Typs mindestens einen schwebenden Graben 15, dessen Grabenelektrode 151 potentialfrei ist, und/oder mindestens einen Sourcegraben 16, dessen Grabenelektrode 161 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden ist.
  • In einer Ausführungsform ist die Grabenelektrode 151 des schwebenden Grabens 15 weder mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden noch mit dem zweiten Lastanschluss 12 elektrisch verbunden noch mit dem Steueranschluss 13 elektrisch verbunden noch mit einem Abschnitt des Halbleiterkörpers 10. Hinsichtlich des elektrischen Potenzials der potentialfreien Grabenelektrode 151 ist die Grabenelektrode 151 des schwebenden Grabens 15 in einem anderen Beispiel mittels einer Verbindung, die einen hohen ohmschen Widerstand aufweist, mit einem definierten elektrischen Potenzial verbunden (z. B. mit einem elektrischen Potenzial eines Kontakts oder mit einem elektrischen Potenzial einer anderen Halbleiterregion). Zum Beispiel wird das elektrische Potenzial der potentialfreien Grabenelektrode 151 mittels der hochohmigen Verbindung während einer Schaltoperation der Vorrichtung 1 vorübergehend von dem definierten elektrischen Potenzial entkoppelt. Das Entkoppeln kann in einem Zeitraum der Schaltoperation erfolgen, z. B. für mindestens 10 ns oder mindestens 100 ns oder mindestens 10 µs. Zum Beispiel beträgt der Widerstand der hochohmigen Verbindung mehr als 1e2 Ω oder mehr als 1e6 Ω. In einer Ausführungsform beträgt ein ohmscher Widerstand, z. B. gemessen während einer Stillstandsituation, zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und der potentialfreien Grabenelektrode 151 mehr als 1e2 Ω oder mehr als 1e6 Ω.
  • Es bestehen mehrere Möglichkeiten zum Konstruieren der Leistungszellen 1-1 bezüglich des Nachbarschaftsverhältnisses (Kontaktierungsschemas in Bezug auf Mesen und Grabenelektroden) und der jeweiligen Anzahl der/von Mesa(s) des ersten Typs 16, der/von Mesa(s) des zweiten Typs 17, des/von Gräben des ersten Typs 14 und des/von Gräben des zweiten Typs 15/16. In einer Ausführungsform wird gewährleistet, dass die Mesa des ersten Typs 17 durch den Graben des ersten Typs 14 an der einen Seite und durch den Sourcegraben 16 an der anderen Seite räumlich eingegrenzt wird. Ferner kann gewährleistet werden, dass die Mesa des zweiten Typs 18 mindestens durch einen der Gräben des ersten Typs 14 räumlich eingegrenzt wird oder dass die Mesa des zweiten Typs 18 durch einen Graben des ersten Typs 14 an jeder Seite räumlich eingegrenzt wird.
  • Wie vorstehend angegeben wurde, kann die Leistungshalbleitervorrichtung 1 ein IGBT sein, z. B. ein IGBT mit einer Mikromustergraben- bzw. MPT-Struktur.
  • Zum Beispiel kann gemäß der MPT-Struktur das Verhältnis von offener Grabenfläche zu Mesafläche mindestens 30 % oder sogar mehr als 50 % oder sogar mehr als 150 % mit einem Aspektverhältnis von Grabentiefe zu Grabenbreite von mehr als 1:3 oder mehr als 1:5, das die Lastbedingungen während der Grabenätzung definiert, betragen. Unter diesen Bedingungen kann der Grabenätzungsprozess gegenüber lokalen Schwankungen der Grabenöffnung und -größe empfindlich sein und kann in einer Veränderung der Grabentiefe bei schwankenden Bedingungen über ein einzelnes Plättchen und/oder einen einzelnen Wafer resultieren. Dies kann eine unerwünschte Wirkung sein, da sie die Durchdringung des elektrischen Felds in den Grabenisolator in einem blockierenden Zustand der Vorrichtung lokal verändern kann. Ein derartiges ungleichmäßiges elektrisches Feld kann Schäden an dem Grabenisolator eines Grabenabschnitts mit erhöhter Grabentiefe verursachen, möglicherweise die Leistung und/oder Qualität und/oder Zuverlässigkeit der Vorrichtung beeinflussen. Folglich wird gewünscht, Schwankungen der Abmessungen der Grabengröße und -öffnung zu minimieren.
  • Ferner kann, gemäß der MPT-Struktur, jeder der Gräben 14, 15, 16, die in der Leistungszelle 1-1 enthalten sein können, im Wesentlichen gleiche räumliche Abmessungen aufzeigen und kann gemäß einem regelmäßigen Muster angeordnet sein. Zum Beispiel kann jeder der Gräben 14, 15, 16 eine Tiefe entlang der vertikalen Richtung Z im Bereich von 3 µm bis 8 µm und eine Breite entlang der ersten lateralen Richtung X im Bereich von 0,4 µm bis 1,6 µm aufzeigen. Ferner kann jede der Grabenelektroden 141, 151, 161 sämtlicher Gräben 14, 15, 16, die in der mindestens einen Leistungszelle 1-1 enthalten sein können, im Wesentlichen gleiche räumliche Abmessungen aufzeigen. Außerdem kann jeder der Gräben 14, 15, 16, die in der mindestens einen Leistungszelle 1-1 enthalten sein können, abstandsgleich entlang der ersten lateralen Richtung X angeordnet sein. Zum Beispiel kann jede der Mesa des ersten Typs 17 und der Mesa des zweiten Typs 18 jeder Leistungszelle 1-1 die gleiche Breite in der ersten lateralen Richtung X aufzeigen, die im Bereich von 0,1 µm bis 0,3 µm, im Bereich von 0,3 µm bis 0,8 µm oder im Bereich von 0,8 µm bis 1,4 µm sein kann. Ferner kann der MPT-IGBT eine Vielzahl, z. B. mehr als 100, derartiger gleich konfigurierten Leistungszellen 1-1 enthalten.
  • In einer Ausführungsform kann die Breite der Mesa des zweiten Typs 18 (das heißt, z. B. mittels der Entkopplungsstruktur 19 unterbrochen, wie vorstehend beschrieben) größer als die Breite der Mesa des ersten Typs 17 sein, z. B. ein Betrag von mindestens 110 % der Breite der Mesa des ersten Typs 17 in der ersten lateralen Richtung X. Zum Beispiel kann die in der Breite vergrößerte Mesa des zweiten Typs 18 angrenzend an einen jeweiligen Graben des ersten Typs 14 an jeder Seite angeordnet sein.
  • Hinsichtlich der Zellendichte überlappt in einer Ausführungsform in einem horizontalen Querschnitt der Vorrichtung 1 die Vielzahl von Gräben 14, 15, 16 lateral mit mindestens 30 % der aktiven Region 1-2. Der restliche Anteil der aktiven Region 1-2 überlappt lateral mit den Mesen 17, 18. Dieses Verhältnis kann sogar vergrößert werden; z. B. überlappt im horizontalen Querschnitt die Vielzahl von Gräben 14, 15, 16 lateral mit mindestens 40 % oder sogar 50 % der aktiven Region 1-2, wobei der restliche Anteil der aktiven Region 1-2 mit den Mesen 17, 18 lateral überlappt.
  • Für die nachstehenden Erläuterungen können die nachstehenden Abkürzungen zutreffen:
    • G = Graben des ersten Typs 14 in der Form eines Steuergrabens, der den Laststrom in der Kanalregion 102 steuert
    • D = Graben des ersten Typs 14 in der Form eines Blindgrabens, der den Laststrom nicht steuert
    • S = Graben des zweiten Typs in der Form eines Sourcegrabens 16
    • F = Graben des zweiten Typs in der Form eines schwebenden Grabens 15
    • k = Mesa des ersten Typs 17
    • o = Mesa des zweiten Typs 18
  • Wie vorstehend angeführt, kann die Leistungshalbleitervorrichtung 1 eine Vielzahl von gleich konfigurierten Leistungszellen 1-1 umfassen. In einer Ausführungsform kann, unter Verwendung der vorstehend eingeführten Abkürzungen, eine beispielhafte Nachbarschaftsbeziehung in jeder Leistungszelle 1-1 wie folgt ausgedrückt werden:
    beispielhafte Nachbarschaftsbeziehung Nr. 1: kGkSoSoDoDoSoS
    beispielhafte Nachbarschaftsbeziehung Nr. 2: kGkSoFoDoDoDoDoFoS
    beispielhafte Nachbarschaftsbeziehung Nr. 3: kGkSoSoDoDoSoS
  • Andere Nachbarschaftsbeziehungen werden weiter unten beschrieben werden.
  • 5A zeigt schematisch und beispielhaft einen Abschnitt einer horizontalen Projektion der Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Die Leistungshalbleitervorrichtung 1 kann eine Entkopplungsstruktur 19 umfassen, die in mindestens einer ihrer Mesen des zweiten Typs 18 angeordnet ist. Die Entkopplungsstruktur 19 kann die mindestens eine Mesa des zweiten Typs 18 in einen ersten Abschnitt 181, gebildet mindestens durch den Halbleiterkörper 10 in der aktiven Region 1-2, und in einen zweiten Abschnitt 182, gebildet mindestens durch den Halbleiterkörper 10 in der Begrenzungsregion 1-3, trennen. Zum Beispiel ist der erste Abschnitt 181 nicht mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden, während der zweite Abschnitt 182 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden sein kann. In einer Ausführungsformkann in dem zweiten Abschnitt 182 ist der erste Übergang 185, der eine elektrische Isolierung mindestens für Ladungsträger eines Leitfähigkeitstyps bereitstellen kann, zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem ersten Abschnitt 181 gebildet, während in der Begrenzungsregion 1-3 der zweite Abschnitt 182 der mindestens einen Mesa 18 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden ist.
  • Jetzt zusätzlich hinsichtlich 6, die schematisch und beispielhaft einen vertikalen Querschnitt parallel zu einer Schnittstelle entlang den Linien A und A‘ zeigt, kann in der Begrenzungsregion 1-3 die Leistungshalbleitervorrichtung 1 eine dotierte Halbleiterregion 108 (vgl. den querschraffierten Bereich in 5A), z. B. eine p-dotierte Halbleiterregion 108, gemäß einer Ausführungsform umfassen (auch als „p-Wanne“ bezeichnet). Zum Beispiel kann die dotierte Halbleiterregion 108 einen Schutzring oder eine Kanalstopperzone der Leistungshalbleitervorrichtung 1 umfassen. Ferner kann die dotierte Halbleiterregion 108 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden sein, z. B. mittels mindestens eines einer Vielzahl von dritten Kontaktsteckern 114. Ferner kann die dotierte Halbleiterregion 108 in der Begrenzungsregion 1-3 sich in einige oder sämtliche Mesen 17, 18 einiger oder sämtlicher Leistungszellen 1-1 erstrecken, z. B. ebenfalls in den Abschnitt 182. Dadurch kann, in der Begrenzungsregion 1-3, das elektrische Potenzial des ersten Lastanschlusses 11 in die Mesa des ersten und des zweiten Typs 17, 18 eingeführt werden. Zum Beispiel erstreckt sich die dotierte Halbleiterregion 108 mindestens 2 µm entlang der vertikalen Richtung Z in dem Halbleiterkörper 10.
  • In einer Ausführungsform ist die dotierte Halbleiterregion 108 ausschließlich in der inaktiven Begrenzungsregion 1-3 angeordnet und umgibt die aktive Region 1-2.
  • Zum Beispiel ist die Entkopplungsstruktur 19 von der dotierten Halbleiterregion 108 um mindestens 200 nm, mindestens 500 nm oder mindestens 1000 nm hin zu der aktiven Region 1-2 lateral verlagert. Z. B. umgibt ein Hüllkurvenverlauf alle Sourceregionen 101 der aktiven Region 1-2. Eine Übergangsregion 1-23 kann sich in den Anteil erstrecken, der zwischen der dotierten Halbleiterregion 108 und dem Hüllkurvenverlauf gebildet wird. Zum Beispiel ist die Entkopplungsstruktur in dem lateralen zentralen Drittel des Anteils angeordnet.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Entkopplungsstruktur 19 konfiguriert, den ersten Abschnitt 181 von dem zweiten Abschnitt 182 elektrisch zu entkoppeln. Zum Beispiel kann die Entkopplungsstruktur 19 einen eventuellen Einfluss des elektrischen Potenzials des ersten Lastanschlusses, das in dem zweiten Abschnitt 182 vorhanden sein kann, auf den ersten Abschnitt 181 dämpfen. Dadurch kann das elektrische Potenzial des ersten Abschnitts 181 von dem elektrischen Potenzial des zweiten Abschnitts 182 gemäß einer Ausführungsform verschieden sein. Zum Beispiel ist das elektrische Potenzial des ersten Abschnitts 181 schwebend, während das elektrische Potenzial des zweiten Abschnitts 182 an den ersten Lastanschluss 11 fixiert sein kann. Das Vorhandensein des entkoppelten zweiten Abschnitts 182 in der aktiven Region 1-2 kann eine verbesserte Steuerbarkeit mindestens einer einer Steilheit der Spannung (dV/dt) und/oder einer maximalen Steilheit des Laststroms (dI/dt) während einer Schaltoperation der Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform gestatten.
  • Zum Beispiel erstreckt sich der erste Abschnitt 181 entlang der zweiten lateralen Richtung Y mindestens 1 mm in der aktiven Region 1-2, z. B. ohne irgendeiner weiteren Trennung oder Unterbrechung unterworfen zu sein.
  • In einer Ausführungsform kann die Entkopplungsstruktur 19 eine elektrische Isolierung in einem vertikalen Querschnitt der mindestens einen Mesa (z. B. die Mesa des zweiten Typs 18), die in die Abschnitte 181, 182 getrennt ist, bereitstellen. Der vertikale Querschnitt kann zu der zweiten lateralen Richtung Y senkrecht sein, wie in 5A und 6 beispielhaft dargestellt. Für diesen Zweck kann die Entkopplungsstruktur 19 einen zu dem vertikalen Querschnitt in Beziehung stehenden ohmschen Widerstand aufzeigen, der mindestens zehn Mal so groß ist wie ein zu dem vertikalen Querschnitt in Beziehung stehender ohmscher Widerstand des ersten Abschnitts 181. Der Faktor kann sogar größer als 10 sein, z. B. größer als 50, größer als 100 oder sogar größer als 1000. Zum Beispiel ist die Entkopplungsstruktur 19 von dem Halbleiterkörper 10 verschieden. Die Entkopplungsstruktur 19 kann einen Isolator umfassen, z. B. ein Oxid, das den vertikalen Querschnitt der mindestens einen Mesa 18, die in die Abschnitte 181, 182 getrennt ist, füllt. Demgemäß kann in einer Ausführungsform mindestens eine der mindestens einen Mesa des zweiten Typs 18 der Leistungszelle 1-1 durch einen Isolator der Entkopplungsstruktur 19, der einen vertikalen Querschnitt der Mesa des zweiten Typs 18 vollständig füllt, unterbrochen sein, wobei der vertikale Querschnitt senkrecht zu der zweiten lateralen Richtung angeordnet ist, d. h. senkrecht zu der längeren lateralen Ausdehnung der Streifenkonfiguration.
  • In einer Ausführungsform kann sich die Entkopplungsstruktur 19 entlang der vertikalen Richtung Z mindestens so weit wie jeder der zwei Gräben der Leistungszelle 1-1, die die mindestens eine Mesa des zweiten Typs 18 lateral eingrenzen, erstrecken. Dieser wahlweise Aspekt ist schematisch und beispielhaft in den 8 und 9 dargestellt, wobei die Mesa des zweiten Typs 18, die durch die Entkopplungsstruktur 19 in den ersten Abschnitt 181 und den zweiten Abschnitt 182 getrennt ist, durch zwei Gräben des ersten Typs 14, z. B. ein Steuergraben und ein Blindgraben, räumlich eingegrenzt ist. Zum Beispiel kann die Entkopplungsstruktur 19 eine Tiefe entlang der vertikalen Richtung Z im Bereich von 3 µm bis 8 µm aufzeigen. Ferner kann die Entkopplungsstruktur 19 eine gesamte Ausdehnung in der zweiten lateralen Richtung Y von weniger als 5 % der gesamten Ausdehnung der mindestens einen Mesa des zweiten Typs 18, die in den ersten Abschnitt 181 und den zweiten Abschnitt 182 getrennt ist, in der zweiten lateralen Richtung Y aufweisen. Zum Beispiel wird nur eine kleine Region der Mesa des zweiten Typs 18 dadurch zum Realisieren der Entkopplungsstruktur 19 genutzt.
  • Hinsichtlich 7, gemäß einer anderen Ausführungsform, kann die Entkopplungsstruktur 19 einen jeweiligen Zwischenraumgrabenabschnitt 148 der zwei Gräben, die die Mesa, die in den ersten Abschnitt 181 und den zweiten Abschnitt 182 getrennt ist, lateral eingrenzen, enthalten. Zu Zwecken der Darstellung zeigt 7 eine Ausführungsform, in der die Mesa des zweiten Typs 18, die durch die Entkopplungsstruktur 19 in den ersten Abschnitt 181 und den zweiten Abschnitt 182 getrennt ist, durch zwei Gräben des ersten Typs 14 räumlich eingegrenzt ist. Es versteht sich jedoch, dass die Gräben einem anderen Typ als dem ersten Typ entsprechen könnten.
  • Jetzt Bezug nehmend auf die in den 5A-B, 6 und 8-15 dargestellten Ausführungsform, kann die Entkopplungsstruktur 19 eine Quergrabenanordnung 191 umfassen, die sich durch die mindestens eine Mesa (die in den ersten Abschnitt 181 und den zweiten Abschnitt 182 getrennt ist) entlang der ersten lateralen Richtung X zwischen mindestens zwei der Vielzahl von Gräben 14, 15, 16 der Leistungszelle 1-1 erstreckt. In einer Ausführungsform besteht die Entkopplungsstruktur 19 aus der Quergrabenanordnung 191. Ferner kann die Konstruktion der Quergrabenanordnung 191 in einer Layout-Spezifikation der Leistungshalbleitervorrichtung 1 definiert sein und kann die Quergrabenanordnung 191 folglich mittels typischer Verarbeitungsschritte, die mit der Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 1 assoziiert sind, gemäß einer Ausführungsform erzeugt werden.
  • Hinsichtlich zum Beispiel der in 8 dargestellten Ausführungsform kann die Quergrabenanordnung 191 aus einem isolierenden Material 1912 bestehen, dass sich zwischen den Seitenwänden 142 und hinunter zu den Böden 145 der zwei Gräben (wieder, als ein Beispiel, zwei Gräben des ersten Typs 14), die die Mesa (wieder, als ein Beispiel, eine Mesa des zweiten Typs 18), die in die Abschnitte 181 und 182 getrennt ist, lateral eingrenzen, erstreckt.
  • Jetzt hinsichtlich der in 9 dargestellten Ausführungsform kann die Quergrabenanordnung 191 eine Quergrabenelektrode 1911 enthalten, z. B. mit mindestens einer der Grabenelektroden der Leistungszelle 1-1 elektrisch verbunden. Zum Beispiel kann, zum Realisieren einer derartigen elektrischen Verbindung, der Grabenisolator 142 mindestens einer der zwei angrenzenden Gräben, die die Mesa, die in den ersten Abschnitt 181 und den zweiten Abschnitt 182 getrennt ist, räumlich eingrenzen, lokal entfernt werden, z. B. an einer Grabenseite, wie in 9 beispielhaft dargestellt. In einer Ausführungsform kann die elektrische Verbindung durch eine Verbindung realisiert werden, die sich über die Gräben 14 erstreckt.
  • Zum Beispiel kann die Quergrabenelektrode 1911 mit den Grabenelektroden 141 der Gräben des ersten Typs 14 elektrisch verbunden sind, d. h. mit dem Steueranschluss 13 elektrisch verbunden sein.
  • Die vorstehend dargestellten möglichen Implementierungen der Entkopplungsstruktur 19 sind nur beispielhaft; andere Implementierungen der Entkopplungsstruktur 19 sind möglich. Ferner können Ausführungsformen der Leistungshalbleitervorrichtung 1 mehr als nur einen Implementierungstyp der Entkopplungsstruktur 19 umfassen.
  • Im Folgenden werden, unter Bezugnahme auf die 5A-B und 10 bis 17, weitere Ausführungsformen der Leistungshalbleitervorrichtung 1 erläutert werden, in denen verschiedene Positionen und räumliche Ausdehnungen der Entkopplungsstruktur 19 bereitgestellt werden.
  • Gemäß der in 5A dargestellten Ausführungsform der Leistungshalbleitervorrichtung 1 umfasst jede Leistungszelle 1-1 Mesen des ersten Typs 17, Mesen des zweiten Typs 18, Gräben des ersten Typs 14 in der Form von Steuergräben und Blindgräben und Gräben des zweiten Typs in der Form von Sourcegräben 16. Die Nachbarschaftsbeziehung dieser Komponenten kann unter Verwendung der vorstehend eingeführten Abkürzungen als „GkSoSoSkGoD“ in einer der Leistungszellen 1-1 ausgedrückt werden und die angrenzende Leistungszelle 1-1 kann eine symmetrische Anordnung gemäß dem Muster „DoGkSoSoSkG“ aufweisen. Die Grabenelektroden 161 der Sourcegräben 16 können mit dem ersten Anschluss 11 in der Begrenzungsregion 1-2 elektrisch verbunden sein, z. B. mittels zweiter Kontaktstecker 113. In der Begrenzungsregion 1-2 können die dritten Kontaktstecker 114 die Mesen des zweiten Typs 18 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbinden. Die Entkopplungsstruktur 19, von der beispielhafte Implementierungen vorstehend beschrieben wurden, kann in der Übergangsregion 1-23 zwischen der aktiven Region 1-2 und der Begrenzungsregion 1-3 angeordnet sein. Wie in 5A dargestellt, kann jede Leistungszelle 1-1 eine Implementierung der Entkopplungsstruktur 19 umfassen, die eine der Mesen des zweiten Typs 18, die mindestens durch eine der Gräben des ersten Typs 14 räumlich eingegrenzt ist, in den ersten Abschnitt 181 und den zweiten Abschnitt 182 trennt.
  • Die Ausführungsform, wie in 5B dargestellt, ist ähnlich der Ausführungsform von 5A, weist aber ein verschiedenes Kontaktierungsschema auf. Zum Beispiel, wie in 5B dargestellt, kann es geeignet sein, jede Zelle 1-1 mit dem folgenden Kontaktierungsschema zu konstruieren:
  • oGkSkGoD
  • Zum Beispiel kann dieses Kontaktierungsschema „oGkSkGoD“ mit einem oder mehreren von sämtlichen der wahlweisen Merkmale der hierin beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 1 kombiniert werden. Z. B. kann alles, was hierin in Bezug auf die Entkopplungsstruktur 19, die Konfiguration der Mesen 17, 18, der Dotandenkonzentrationen in dem Halbleiterkörper 10 und so weiter beschrieben wird, in den Ausführungsformen der Leistungshalbleitervorrichtung 1, die das Kontaktierungsschema „oGkSkGoD“ aufweist, implementiert werden. Z. B. versteht es sich, dass anstatt der Implementierung der Entkopplungsstruktur 19 mittels der Quergrabenanordnungen 191, wie in 5B dargestellt, eine Implementierung gemäß 7 oder 14B (Zwischenraumgrabenabschnitte 148, 168) und/oder gemäß den 19A-B (Säulengräben 198) zusätzlich oder alternativ bereitgestellt werden kann.
  • Gemäß der in 10 dargestellten Ausführungsform der Leistungshalbleitervorrichtung 1 umfasst jede Leistungszelle 1-1 Mesen des ersten Typs 17, Mesen des zweiten Typs 18, Gräben des ersten Typs 14 in der Form von Steuergräben und Blindgräben und Gräben des zweiten Typs in der Form von Sourcegräben 16. Die Nachbarschaftsbeziehung dieser Komponenten kann unter Verwendung der vorstehend eingeführten Abkürzungen als „kGkGoSoG“ für jede der Leistungszellen 1-1 ausgedrückt werden. Zum Beispiel umfasst die Leistungshalbleitervorrichtung 1 eine Steuerrinne 135 in der Begrenzungsregion 1-2, die mit den Grabenelektroden 141 der Gräben des ersten Typs 14 mittels von Steuerelektrodensteckern 133 elektrisch verbunden ist. Die Steuerrinne 135 kann mit dem Steueranschluss 13 elektrisch verbunden sein (vgl. 2). Ferner kann die Leistungshalbleitervorrichtung 1 eine Sourcerinne 115 umfassen, die sich in die Begrenzungsregion 1-2 erstreckt und die mit dem ersten Lastanschluss 11 an der einen Seite und an der anderen Seite mit (a) den Mesen des ersten Typs 17 und den Mesen des zweiten Typs 18 mittels der dritten Kontaktstecker 114 und mit (b) den Grabenelektroden 161 der Sourcegräben 16 mittels der zweiten Kontaktstecker 113 elektrisch verbunden ist. In der aktiven Region 1-2 können die ersten Kontaktstecker 111 zum elektrischen Verbinden des ersten Lastanschlusses 11 mit der Mesa des ersten Typs 17 genutzt werden.
  • In den Zeichnungen geben die Felder 116 diejenigen Abschnitte des Halbleiterkörpers 10 an, in denen die Sourceregion 101 implementiert ist, gemäß einer Ausführungsform. Z. B. kann, zusätzlich auf 2 Bezug nehmend, die Sourceregion 101 nur an einer lateralen Seite des ersten Kontaktsteckers 111 implementiert sein und sich nicht entlang der ersten lateralen Richtung X durch die gesamte Mesa des ersten Typs 17 erstrecken; das heißt, die Mesa des ersten Typs 17 kann den aktiven Anteil und den inaktiven Anteil 18 umfassen. Zum Beispiel ist die Mesa des ersten Typs 17, gemäß den in 5B, 10, 11, 12, 13, 14A, 15 und 24 dargestellten Ausführungsformen, entlang der ersten lateralen Richtung X in den aktiven Anteil und den inaktiven Anteil getrennt, wobei die Trennung zum Beispiel durch eine korrespondierende Layoutstruktur der Sourceregion 101 erreicht werden kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform, wie z. B. schematisch und beispielhaft in den 10 bis 15 dargestellt, ist die Entkopplungsstruktur 19 als die Quergrabenanordnung 191 implementiert, die sich entlang der ersten lateralen Richtung X erstreckt. Die Quergrabenanordnung 191 kann sich durch jede der Vielzahl von Mesen 17, 18 einer, einiger oder sämtlicher der Leistungszellen 1-1 der Leistungshalbleitervorrichtung 1 erstrecken. Zum Beispiel sind nicht nur die Mesen des zweiten Typs 18 in die jeweiligen Abschnitte 181 und 182 getrennt, sondern sind auch die Mesen des ersten Typs 17 in jeweilige erste Abschnitte 171 und zweite Abschnitte 172 getrennt, wobei die ersten Abschnitte 171 der Gräben des ersten Typs 17 mindestens durch den Halbleiterkörper 10 in der aktiven Region 1-2 gebildet sind und die zweiten Abschnitte 172 der Gräben des ersten Typs 17 mindestens durch den Halbleiterkörper 10 in der Begrenzungsregion 1-3 gebildet sind. Die Quergrabenanordnung 191 kann in der Übergangsregion 1-23 zwischen der aktiven Region 1-2 und der Begrenzungsregion 1-3 angeordnet sein.
  • Die Quergrabenanordnung 191 kann ferner nicht nur die Mesen 17, 18, sondern auch mindestens einen der Gräben des ersten Typs 14 und der Gräben des zweiten Typs 16 der Leistungszellen 1-1 durchlaufen, z. B. jeden der Gräben des zweiten Typs 16 der Leistungszelle 1-1. Eine derartige Unterbrechung kann eine erhöhte Flexibilität beim Zuweisen elektrischer Potenzials zu den Grabenelektroden und Mesaabschnitten gestatten, wie aus den nachstehenden Erläuterungen ebenfalls ersichtlich sein wird.
  • Z. B. sind, in einer Ausführungsform, der erste Abschnitt 171 der Mesa des ersten Typs 17 und der erste Abschnitt 181 der Mesa des zweiten Typs 18 mittels eines Quermesaabschnitts 187 angrenzend an der Quergrabenanordnung 191 miteinander verbunden; diese Verbindung kann durch den jeweiligen Anteil des Halbleiterkörpers 10 gebildet werden, wie in den 11 bis 15 angegeben. In einer Ausführungsform kann die Verbindung unterbrochen sein, z. B. durch einen Anteil der Entkopplungsstruktur 19, z. B. ein oder mehrere Zwischenraumgrabenabschnitte 148, 168 und/oder ein oder mehrere Säulengräben 198, wie nachstehend ausführlicher erläutert werden wird.
  • Folglich kann die Entkopplungsstruktur 19 in einer Ausführungsform ferner konfiguriert sein, die Mesa des ersten Typs 17 (z. B. der erste Abschnitt 171 davon) von der Mesa des zweiten Typs 181 (z. B. der erste Abschnitt 181 davon) zu entkoppeln. Wahlweise Weisen zum Realisieren einer derartigen weiteren Entkopplung werden weiter unten erläutert werden.
  • Die Quergrabenanordnung 191 kann die Quergrabenelektrode 1911 umfassen, die mit dem Steueranschluss 13 elektrisch verbunden ist, z. B. mittels der Steuerelektrodenstecker 133. Die Quergrabenelektrode 1911 ist zum Beispiel von den Grabenelektroden 151, 161 der Gräben des zweiten Typs 15, 16 elektrisch isoliert. Demgemäß kann es aufgrund der Quergrabenanordnung 191, die mindestens einen der Gräben des ersten Typs 14 und der Gräben des zweiten Typs 15, 16 durchläuft, erforderlich sein, Grabenelektrodenkontakte in der aktiven Region 1-2 mindestens für die Gräben des zweiten Typs 15, 16 gemäß einer Ausführungsform bereitzustellen. Zum Beispiel werden die zweiten Kontaktstecker 113 für diesen Zweck ebenfalls in der aktiven Region 1-2 für die in 10 dargestellte Ausführungsform bereitgestellt, während die zweiten Kontaktstecker 113 in der aktiven Region 1-2 der in 5A dargestellten Ausführungsform nicht benötigt werden, da die Entkopplungsstruktur 19 die Sourcegräben 16 nicht durchläuft.
  • Zurückkehrend zur Ausführungsform von 10, kann die Quergrabenanordnung 191 die Gräben des zweiten Typs (implementiert als Sourcegräben 16 in 10) unterbrechen, z. B. derart, dass ein Teil des Sourcegrabens 16 in der Begrenzungsregion 1-3 und der andere Teil in der aktiven Region 1-2 angeordnet ist. Eine derartige Unterbrechung kann gestatten, die Flexibilität beim Zuweisen elektrischer Potenziale zu den Grabenelektroden zu erhöhen; z. B. kann das in der Begrenzungsregion 1-3 zugewiesene Potenzial von dem in der aktiven Region 1-2 zugewiesenen Potenzial verschieden sein. Zum Beispiel können beide Teile eines jeweiligen getrennten Grabens des zweiten Typs (Sourcegraben 16 in 10) von der Quergrabenanordnung 191 räumlich versetzt sein, wie in 10 dargestellt. Eine Unterbrechungsdistanz D1 entlang der zweiten lateralen Richtung Y kann im Bereich von 1 µm bis 10 µm sein. Zum Beispiel ist die Unterbrechungsdistanz D1 größer als die Breite der Quergrabenanordnung 191 in der zweiten lateralen Richtung Y. Aufgrund der Unterbrechungsdistanz D1 sind die ersten Abschnitte 181 von zwei angrenzenden Mesen des zweiten Typs 18 nicht mehr mittels einem der Sourcegräben 16 vollständig getrennt, sondern verschmelzen in der Nähe der Quergrabenanordnung 191, wie in 10 dargestellt. Eine Distanz D2 entlang der zweiten lateralen Richtung Y kann zwischen den Enden der Grabenabschnitte der unterbrochenen Sourcegräben 16, die in der Begrenzungsstruktur 1-3 vorhanden sind, und einem Ende der dotierten Halbleiterregion 108 (vgl. den quer gestreiften Bereich) vorhanden sein, wobei D2 im Bereich von 0 µm bis 10 µm sein kann. Zum Beispiel können sich die Sourcegräben 16 näher zur Quergrabenanordnung 191 als die dotierte Halbleiterregion 108 erstrecken. Eine weitere Distanz D3 entlang der zweiten lateralen Richtung Y kann zwischen den Anfängen der ersten Kontaktstecker 111, die in der aktiven Region 1-2 vorhanden sind, und der Quergrabenanordnung 191 vorhanden sein, wobei D3 im Bereich von 1 µm bis 10 µm sein kann.
  • Gemäß der in 11 dargestellten Ausführungsform der Leistungshalbleitervorrichtung 1 umfasst jede Leistungszelle 1-1 Mesen des ersten Typs 17, Mesen des zweiten Typs 18, Gräben des ersten Typs 14 in der Form von Steuergräben und Blindgräben und Gräben des zweiten Typs in der Form von Sourcegräben 16. Die Nachbarschaftsbeziehung dieser Komponenten kann für jede der Leistungszellen 1-1 als „kGkSoGoGoS“ ausgedrückt werden. Hinsichtlich der Implementierung der Entkopplungsstruktur 19 kann die vorstehend in Bezug auf 10 bereitgestellte Erläuterung gleichermaßen auf die Ausführungsform von 11 zutreffen. Die Differenz bei der Nachbarschaftsbeziehung kann jedoch zu der Tatsache führen, dass einer der ersten Abschnitte 181 der Mesen des zweiten Typs 18 in der Nähe der Entkopplungsstruktur 19 mit einem der ersten Abschnitte 171 der Mesa des ersten Typs 17 verschmilzt. Nichtsdestoweniger kann in jeder Leistungszelle 1-1 mindestens ein erster Abschnitt 181 einer der Mesen des zweiten Typs 18 verbleiben, der nicht mit einem Mesaabschnitt verschmilzt, der mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden ist, z. B. der nicht mit einem Abschnitt einer der Mesen des ersten Typs 17 in der aktiven Region 1-2 verschmilzt.
  • Gemäß der Ausführungsform der in 12 dargestellten Leistungshalbleitervorrichtung 1 umfasst jede Leistungszelle 1-1 Mesen des ersten Typs 17, Mesen des zweiten Typs 18, Gräben des ersten Typs 14 in der Form von Steuergräben und Blindgräben und Gräben des zweiten Typs in der Form von schwebenden Gräben 15 und Sourcegräben 16. Die Nachbarschaftsbeziehung dieser Komponenten kann für jede der Leistungszellen 1-1 als „kGkSoFoGoGoFoS“ ausgedrückt werden. Hinsichtlich der Implementierung der Entkopplungsstruktur 19 kann die vorstehend in Bezug auf 10 bereitgestellte Erläuterung gleichermaßen auf die Ausführungsform von 12 zutreffen. Zum Beispiel unterbricht die Quergrabenanordnung 191 ebenfalls die Sourcegräben 16. Für die schwebenden Gräben 15, die die potentialfreien Grabenelektroden 151 enthalten können, müssen in der aktiven Region 1-2 getrennte Kontaktstecker bereitgestellt werden. Die schwebenden Gräben 15 können von der Quergrabenanordnung 191 räumlich versetzt sein. Die Sourcegräben 16 können unterbrochen sein, so dass ein Teil des Sourcegrabens 16 mit der Begrenzungsregion 1-3 und der andere Teil in der aktiven Region 1-2 angeordnet ist. Zum Beispiel können beide Teile eines jeweiligen getrennten Grabens des zweiten Typs 15/16 von der Quergrabenanordnung 191 räumlich versetzt sein, wie in 12 dargestellt. Die gleiche Unterbrechungsdistanz D1 entlang der zweiten lateralen Richtung Y wie für die unterbrochenen Sourcegräben 16 kann auf die unterbrochenen schwebenden Gräben 15 zutreffen und kann im Bereich von 1 µm bis 10 µm sein. Aufgrund der Unterbrechungsdistanz D1 sind die ersten Abschnitte 181 von zwei angrenzenden Mesen des zweiten Typs 18 nicht mehr mittels eines der schwebenden Gräben 15 oder eines der Sourcegräben 16 vollständig getrennt, sondern verschmelzen in der Nähe zur Quergrabenanordnung 191, wie in 12 dargestellt.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Leistungshalbleitervorrichtung 1 zusätzlich zu der Entkopplungsstruktur 19 eine Unterbrechungsstruktur 20, die in der aktiven Region 1-2 angeordnet ist und den ersten Abschnitt 181 der mindestens einen Mesa (die bereits mittels der Entkopplungsstruktur 19 getrennt ist) entlang der zweiten lateralen Richtung Y in mindestens einen ersten Teilabschnitt 1811 und in mindestens einen zweiten Teilabschnitt 1812 trennt. Hinsichtlich ihrer strukturellen Konfiguration kann die Unterbrechungsstruktur 20 ähnlich wie die Entkopplungsstruktur 19 konfiguriert sein. Zum Beispiel kann sich die Unterbrechungsstruktur 20 entlang der vertikalen Richtung Z mindestens so weit wie jeder der zwei Gräben der Leistungszelle 1-1 erstrecken, die die mindestens eine Mesa, die mittels der Entkopplungsstruktur 19 getrennt ist, lateral eingrenzen, z. B. zwei Gräben des ersten Typs 14. Zum Beispiel kann die Unterbrechungsstruktur 20 eine Tiefe entlang der vertikalen Richtung Z im Bereich von 3 µm bis 8 µm aufzeigen. Ferner kann die Unterbrechungsstruktur 20 eine gesamte Ausdehnung in der zweiten lateralen Richtung Y von weniger als 5 % der gesamten Ausdehnung der mindestens einen Mesa (die in den ersten Abschnitt 181 und den zweiten Abschnitt 182 getrennt ist) in der zweiten lateralen Richtung Y aufweisen. Zum Beispiel wird dadurch nur eine kleine Region der Mesa zum Realisieren der Unterbrechungsstruktur 20 genutzt. Jetzt Bezug nehmend auf die in den 16-17 dargestellten Ausführungsformen, kann die Unterbrechungsstruktur 20 eine Quergrabenanordnung 201 umfassen, die sich durch die mindestens eine Mesa (die in den ersten Abschnitt 181 und den zweiten Abschnitt 182 getrennt ist) entlang der ersten lateralen Richtung X zwischen mindestens zwei der Vielzahl von Gräben der Leistungszelle 1-1 erstreckt, z. B. zwischen zwei Gräben des ersten Typs 14. Hinsichtlich zum Beispiel der in 16 dargestellten Ausführungsform kann die Quergrabenanordnung 201 aus einem isolierenden Material 2012 bestehen, das sich zwischen den Seitenwänden 142 und herunter zu den Böden 145 der zwei Gräben (als ein Beispiel zwei Gräben des ersten Typs 14) erstreckt, die die Mesa, die in die Abschnitte 181 und 182 getrennt ist, lateral eingrenzen. Jetzt hinsichtlich der in 17 dargestellten Ausführungsform kann die Quergrabenanordnung 201 der Unterbrechungsstruktur 20 eine Quergrabenelektrode 2011 enthalten, z. B. elektrisch verbunden mit mindestens einer der Grabenelektroden der Leistungszelle 1-1, z. B. mit mindestens einer der Grabenelektroden 141 der Gräben des ersten Typs 14. Zum Realisieren einer derartigen elektrischen Verbindung kann zum Beispiel der Grabenisolator 142 mindestens eines der zwei angrenzenden Gräben, die die Mesa, die in den ersten Abschnitt 181 und den zweiten Abschnitt 182 getrennt ist, räumlich eingrenzen, lokal entfernt sein, z. B. an einer Grabenseite, wie beispielhaft in 17 dargestellt. In einer anderen Ausführungsform kann die elektrische Verbindung durch eine Verbindung realisiert werden, die sich über die Gräben 14 erstreckt. Ferner können die ersten Kontaktstecker 111 von der Quergrabenanordnung 201 um die Distanz D3 entlang der zweiten lateralen Richtung Y ebenfalls versetzt sein, wobei D3 im Bereich von 1 bis 10 µm sein kann.
  • Ein beispielhafter Verwendungsfall einer derartigen Unterbrechungsstruktur 20 ist schematisch in 13 dargestellt. Gemäß der Ausführungsform der in 13 dargestellten Leistungshalbleitervorrichtung 1 umfasst jede Leistungszelle 1-1 Mesen des ersten Typs 17, Mesen des zweiten Typs 18, Gräben des ersten Typs 14 in der Form von Steuergräben und Blindgräben und Gräben des zweiten Typs in der Form von Sourcegräben 16. Die Nachbarschaftsbeziehung dieser Komponenten kann für jede der Leistungszellen 1-1 als „kGkSoGoGoS“ ausgedrückt werden, wie in der Ausführungsform von 11. Wie in 13 demonstriert, müssen die dritten Kontaktstecker 114 nicht notwendigerweise in der Begrenzungsstruktur 1-3 vorhanden sein. Nichtsdestoweniger kann die dotierte Halbleiterregion 108 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden sein. Hinsichtlich der Implementierung der Entkopplungsstruktur 19 kann die vorstehend in Bezug auf 10 bereitgestellte Erläuterung gleichermaßen auf die Ausführungsform von 13 zutreffen. Die dargestellte gestrichelte Linie gibt die Fortsetzung entlang der zweiten lateralen Richtung Y an. Zum Beispiel ist die Unterbrechungsstruktur 20 in einer Weise wie die Entkopplungsstruktur 19 implementiert, z. B. als eine Quergrabenanordnung 201, die sich entlang der ersten lateralen Richtung X erstreckt und jede Mesa 17, 18 und jeden der Gräben des zweiten Typs 16 unterbricht. Zum Beispiel umfasst jede der Entkopplungsstruktur 19 und der Unterbrechungsstruktur 20 die jeweilige Quergrabenelektrode 1911 und 2011, die wie die Grabenelektroden der Gräben des ersten Typs 14 beide mit dem Steueranschluss 13 elektrisch verbunden sind. Zum Beispiel werden die Gräben des ersten Typs 14 folglich nicht durch die Entkopplungsstruktur 19 unterbrochen und nicht durch die Unterbrechungsstruktur 20 unterbrochen. Dadurch können Teilzellen 1-5 in der aktiven Region 1-2 erzeugt werden, die durch eine geschlossene Grabenelektrode, die das elektrische Potenzial des Steueranschlusses 13 aufzeigt, fortlaufend eingefasst werden, wobei die geschlossene Grabenelektrode durch die Quergrabenelektrode 1911 der Entkopplungsstruktur 19, der Quergrabenelektrode 2011 der Unterbrechungsstruktur 20 und durch zwei Grabenelektroden von zwei Gräben des ersten Typs 14 gebildet wird. Zum Beispiel sind zwei angrenzende Teilzellen 1-5 voneinander mittels mindestens einer der Mesen des zweiten Typs 18 in der aktiven Region 1-2 getrennt, wie in 13 dargestellt. Die mindestens eine Mesa des zweiten Typs 18 kann den ersten Abschnitt 181 umfassen, der von dem zweiten Abschnitt 182 getrennt wurde und der folglich von dem elektrischen Potenzial des ersten Lastanschlusses 11 isoliert sein kann. Da die Unterbrechungsstruktur 20 auch die Mesen des ersten Typs 17 unterbrechen kann, entstehen korrespondierende Teilabschnitte 1711 und 1712. Ferner können die Sourcegräben 16 durch die Unterbrechungsstruktur 20 unterbrochen sein und die korrespondierenden getrennten Teile der Sourcegräben 16 können von der Unterbrechungsstruktur 20 räumlich versetzt sein, wie in 13 dargestellt und wie in Bezug auf die 10-12 bezüglich der Entkopplungsstruktur 19 erläutert wurde.
  • Hinsichtlich aller in den 11 bis 15 dargestellten Ausführungsformen ist zu beachten, dass einige der ersten Abschnitte 181 (oder ihrer Teilabschnitte 1811, 1812) der Mesen des zweiten Typs 18 mit den ersten Abschnitten 171 (oder ihren Teilabschnitten 1711, 1712) der Mesen des ersten Typs 17 in der Nähe zur Entkopplungsstruktur 19 und/oder in der Nähe zur Unterbrechungsstruktur 20 verschmelzen können, wobei die ersten Abschnitte 171 (oder ihre Teilabschnitte 1711, 1712) der Mesen des ersten Typs 17 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden sein können. Gemäß allen hierin offenbarten Ausführungsformen kann jede Leistungszelle 1-1 der Leistungshalbleitervorrichtung 1 jedoch mindestens eine Mesa des zweiten Typs 18 umfassen, die mittels der Entkopplungsstruktur 19 in den ersten Abschnitt 181 und den zweiten Abschnitt 182 getrennt ist, wobei der erste Abschnitt 181 dieser mindestens einen Mesa des zweiten Typs 18 nicht mit einem anderen Mesaabschnitt, der mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden ist, z. B. ein Abschnitt einer der Mesen des ersten Typs 17, verschmilzt. Zum Beispiel, hinsichtlich der in den 11, 13, 14A und 15 dargestellten Ausführungsform, ist diese mindestens eine Mesa des zweiten Typs 18 die mittlere eine der drei Mesen des zweiten Typs 18, die in jeder Leistungszelle 1-1 enthalten sind. Hinsichtlich der in 12 dargestellten Ausführungsform ist diese mindestens eine Mesa des zweiten Typs 18 die mittlere eine der fünf Mesen des zweiten Typs 18, die in jeder Leistungszelle 1-1 enthalten sind. Ferner kann diese mindestens eine Mesa des zweiten Typs 18 durch zwei Gräben des ersten Typs 14 räumlich eingegrenzt sein, z. B. zwei Gräben des ersten Typs 14, die als „Blindgräben“ implementiert sind, z. B. zwei Gräben des ersten Typs 14, die jeweils von zwei Mesen des zweiten Typs 18 flankiert werden. Ferner kann sich der erste Abschnitt 181 dieser mindestens einen Mesa des zweiten Typs 18 mindestens 1 mm entlang der zweiten lateralen Richtung Y in der aktiven Region 1-2 erstrecken. In einer Ausführungsform ist die Leistungshalbleitervorrichtung 1 ein IGBT mit einer MPT-Struktur, die durch eine Vielzahl von Implementierungen der hierin beschriebenen Leistungszelle 1-1 gebildet wird, wobei jede Leistungszellen-Implementierung mindestens einen des ersten Abschnitts 181, der sich mindestens 1 mm entlang der zweiten lateralen Richtung Y in der aktiven Region 1-2 erstreckt, enthält.
  • Jetzt hinsichtlich der in 14A dargestellten Ausführungsform, kann die Konfiguration der Leistungszellen 1-1 mit der der in 11 dargestellten Ausführungsform korrespondieren, wobei der Aufbau der Entkopplungsstruktur 19 abweichen kann. Zum Beispiel umfasst die Quergrabenanordnung 191 der Entkopplungsstruktur 19 mindestens ein erstes Quergrabensegment 191-1 und mindestens ein zweites Quergrabensegment 191-2, wobei das mindestens eine zweite Quergrabensegment 191-2 entlang jeder der ersten lateralen Richtung X und der zweiten lateralen Richtung Y von dem ersten Quergrabensegment 191-1 lateral versetzt ist. Zum Beispiel korrespondiert die Versetzung entlang der zweiten lateralen Richtung Y mit der Distanz D4, die sich auf mehr als 0,5 µm bis mehr als 1 µm belaufen kann, z. B. bis zu 10 µm. Ferner kann sich die Versetzung entlang der ersten lateralen Richtung X auf im Wesentlichen eine Grabenbreite belaufen, wie in 14A dargestellt. Zum Beispiel können mittels einer derartigen Staffelungsarchitektur der Entkopplungsstruktur 19 ein oder mehrere Schritte der Verarbeitung der Entkopplungsstruktur 19 erleichtert werden, z. B. ein Grabenätzungsschritt und/oder ein Schritt des Füllens mit Polysilicium. Ferner kann die Quergrabenanordnung 191 die Quergrabenelektrode 1911 umfassen, wobei sich die Quergrabenelektrode 1911 in jedes des mindestens einen ersten Quergrabensegments 191-1 und des mindestens einen zweiten Quergrabensegments 191-2 erstrecken kann. Ein Abschnitt der Grabenelektrode 141 des Grabens des ersten Typs 14 kann die Abschnitte der Quergrabenelektrode 1911, die in den Quergrabensegmenten 191-1 und 191-2 vorhanden sind, miteinander verbinden, wobei der Abschnitt der Grabenelektrode 141 in der Übergangsregion 1-23 angeordnet sein kann.
  • Wie deutlicher in 14B dargestellt ist, kann die Entkopplungsstruktur 19 Zwischenraumgrabenabschnitte 148, 168 enthalten, wie unter Bezug auf 7 weiter oben angesprochen. Die Zwischenraumgrabenabschnitte 148, 168 können z. B. durch lokale Grabenerweiterungen gebildet werden. Zum Beispiel können die Grabenerweiterungen konfiguriert und positioniert sein, den ersten Abschnitt 171 der Mesa des ersten Typs 17 und den ersten Abschnitt 181 der Mesa des zweiten Typs 181 voneinander zu entkoppeln. Demgemäß kann gewährleistet werden, dass die ersten Mesaabschnitte 171, 181 verschiedene elektrische Potenziale aufzeigen. Z. B. kann der erste Abschnitt 181 der Mesa des zweiten Typs 18 potentialfrei sein, während der erste Abschnitt 171 der Mesa des ersten Typs 17 das im Wesentlichen gleiche elektrische Potenzial wie der erste Lastanschluss 11 aufweisen kann. In Abhängigkeit von dem Kontaktierungsschema können die Zwischenraumgrabenabschnitte 148, 168 durch Erweitern mindestens eines des Grabens des ersten Typs 14 (z. B. ein Steuer(gate)graben) und des Grabens des zweiten Typs (z. B. ein Sourcegraben) gebildet werden. Viele Möglichkeiten, wo die Zwischenraumgrabenabschnitte 148, 168 zu positionieren sind sowie wie viele Zwischenraumgrabenabschnitte 148, 168 bereitzustellen sind, können durch den Fachmann gewählt werden; z. B. können die Anzahl und die Position(en) der Zwischenraumgrabenabschnitte 148, 168 derart gewählt werden, dass die ersten Mesaabschnitte 171 und 181 geeignet voneinander entkoppelt sind.
  • Natürlich kann das Konzept der Entkopplung der ersten Mesaabschnitte 171 und 181, z. B. mittels der Zwischenraumgrabenabschnitt(e), auch auf andere Ausführungsformen als die Ausführungsform von 14A angewandt werden.
  • Die in 15 dargestellte Ausführungsform kann als eine Kombination der Ausführungsformen von 14A und 13 angesehen werden; dort umfasst die Leistungshalbleitervorrichtung 1 zusätzlich die Unterbrechungsstruktur 20, wobei diese Unterbrechungsstruktur 20 gleich wie die Entkopplungsstruktur 19 konfiguriert werden kann; z. B. indem sie mindestens ein erstes Quergrabensegment 201-1 und mindestens ein zweites Quergrabensegment 201-2 umfasst, wobei das mindestens eine zweite Quergrabensegment 201-2 von dem ersten Quergrabensegment 201-1 entlang jeder der ersten lateralen Richtung X und der zweiten lateralen Richtung Y lateral versetzt ist. Wie in Bezug auf 13 erläutert wurde, kann die Unterbrechungsstruktur 20 genutzt werden, eine Vielzahl von Teilzellen 1-5 in der aktiven Region 1-2 zu definieren, wobei jede Teilzelle 1-5 durch eine geschlossene Grabenelektrode eingefasst ist, die mit dem Steueranschluss 13 elektrisch verbunden ist, wobei die geschlossene Grabenelektrode z. B. durch Quergrabenelektrodenabschnitte gebildet ist, die in einem der ersten Quergrabensegmente 191-1 und einem der zweiten Quergrabensegmente 191-2 der Entkopplungsstruktur 19 vorhanden sind, in Abschnitten von drei Gräben des ersten Typs 14 vorhanden sind und in einem der ersten Quergrabensegmente 201-1 und einem der zweiten Quergrabensegmente 201-2 der Unterbrechungsstruktur 20 vorhanden sind, gemäß einer Ausführungsform. Wie in 15 dargestellt, können die ersten Kontaktstecker 111 eine Länge D5 entlang der zweiten lateralen Richtung Y aufzeigen, wobei D5 im Bereich von 2 µm bis 1000 µm sein kann, gemäß einer Ausführungsform.
  • Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen veranschaulichten einige zu der Entkopplungsstruktur 19 und zu der Nachbarschaftsbeziehung hinsichtlich der Gräben des ersten und zweiten Typs 14, 15 und 16 und der Mesen des ersten und zweiten Typs 17, 18 in Beziehung stehende Beispiele, d. h. mögliche Graben-Mesa-Muster-Konfigurationen der Leistungszelle 1-1. Allgemeiner ausgedrückt, können Ausführungsformen derart konfiguriert sein, dass die Mesen des zweiten Typs 18, die in der aktiven Region 1-2 angeordnet sind und die durch einen der Gräben des ersten Typs 14 an jeder Seite räumlich eingegrenzt sind, mittels der Entkopplungsstruktur 19 von der Begrenzungsregion 1-3 entkoppelt sind. Zusätzlich oder alternativ können Ausführungsformen derart konfiguriert sein, dass die Mesen des zweiten Typs 18, die in der aktiven Region 1-2 angeordnet sind und die durch einen der Gräben des ersten Typs 14 an der einen Seite und durch einen der Sourcegräben 16 an der anderen Seite räumlich eingegrenzt sind, mittels der Entkopplungsstruktur 19 von der Begrenzungsregion 1-3 entkoppelt sind.
  • Jetzt detaillierter auf die 19A bis 22B Bezug nehmend, kann die Entkopplungsstruktur ferner einen oder mehrere Säulengräben 198 umfassen, angeordnet in der Mesa des ersten Typs 17 und/oder der Mesa des zweiten Typs 18. Zum Beispiel ist mindestens einer des einen oder der mehreren Säulengräben 198 in dem ersten Abschnitt 171 der Mesa des ersten Typs 17 oder in dem ersten Abschnitt 181 der Mesa des zweiten Typs 18 angeordnet.
  • Z. B. sind in einer Ausführungsform der erste Abschnitt 171 der Mesa des ersten Typs 17 und der erste Abschnitt 181 der Mesa des zweiten Typs 18 mittels des Quermesaabschnitts 187 angrenzend an der Quergrabenanordnung 191 miteinander verbunden. Zum Beispiel kann es, ähnlich dem Zwischenraumgrabenabschnitt 148, 168, angemessen sein, den einen oder die mehreren Säulengräben 198 in der Nähe des Quermesaabschnitts 187 und der Quergrabenanordnung 191 zu positionieren, z. B. um den ersten Abschnitt 171 der Mesa des ersten Typs 17 von dem ersten Abschnitt 181 der Mesa des zweiten Typs 18 zu entkoppeln.
  • Z. B. können, wie in 19A dargestellt, zwei Säulengräben 198 in dem ersten Abschnitt 171 der Mesa des ersten Typs 17 positioniert sein und können zwei Säulengräben 198 in dem ersten Abschnitt 181 der Mesa des zweiten Typs 18 positioniert sein, wobei die ersten Abschnitte 171, 181 mittels des Quermesaabschnitts 187 miteinander verbunden sind. Folglich kann gewährleistet werden, dass die ersten Mesaabschnitte 171, 181 verschiedene elektrische Potenziale aufzeigen können. Z. B. kann der erste Abschnitt 181 der Mesa des zweiten Typs 18 potentialfrei sein, während der erste Abschnitt 171 der Mesa des ersten Typs 17 das im Wesentlichen gleiche elektrische Potenzial wie der erste Lastanschluss 11 aufweisen kann.
  • Wie in 19B dargestellt, kann jeder des einen oder der mehreren Säulengräben 198 eine Tiefe aufzeigen, die kleiner ist als die Tiefe des Grabens des ersten Typs 14 und die Tiefe des Grabens des zweiten Typs 16. Hinsichtlich der lateralen Abmessungen können sowohl die Breite in der ersten lateralen Richtung X als auch die in der zweiten lateralen Richtung Y im Wesentlichen identisch zueinander (z. B. einen kreisförmigen horizontalen Querschnitt ergebend wie in 19A) oder geringfügig voneinander verschieden (z. B. einen elliptischen Querschnitt ergebend wie in den 22A-B) sein. Zum Beispiel können sowohl die Breite in der ersten lateralen Richtung X als auch die in der zweiten lateralen Richtung Y im Wesentlichen identisch zu der Breite in der ersten lateralen Richtung X der Mesa des ersten Typs 17 sein.
  • In einer Ausführungsform kann mindestens einer des einen oder der mehreren Säulengräben 198 eine Säulengrabenelektrode 1981 und einen Säulengrabenisolator 1982, die die Säulengrabenelektrode 1981 von dem Halbleiterkörper 10 elektrisch isoliert, umfassen.
  • Z. B. Bezug nehmend auf 20, können die Säulengrabenelektroden 1981 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden sein, z. B. mittels der Kontaktstecker 119. In einer anderen Ausführungsform, wie in 21 dargestellt, können die Säulengrabenelektroden 1981 potentialfrei sein.
  • Wie in 20 dargestellt, kann die Kanalregion eine seichte Kanalkontaktregion 1022 des zweiten Leitfähigkeitstyps mit einer erhöhten Dotandenkonzentration im Vergleich mit den übrigen Anteilen der Kanalregion 102, z. B. um einen Faktor von mindestens zehn erhöht, umfassen.
  • Ferner kann die Driftregion 100 in den Mesen 17, 18 eine erhöhte Dotandenkonzentration aufzeigen, z. B. um einen Faktor von mindestens zehn im Vergleich mit dem Anteil der Driftregion 100 unter den Grabenböden 145, 155, 165 erhöht, aufzeigen. Zum Beispiel kann der Anteil der Driftregion 100, der sich in die Mesen 17, 18 erstreckt und der die erhöhte Dotandenkonzentration aufzeigt, die pn-Grenzfläche 1021 mit der Kanalregion 102 bilden und kann als Sperrregion 103 bezeichnet werden.
  • Es versteht sich, dass die Sperrregion 103, wie z. B. schematisch und beispielhaft in 20 dargestellt, auch in den anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen implementiert werden kann.
  • Jetzt Bezug nehmend auf die 22A-B, kann eine dotierte Region 107 des ersten Leitfähigkeitstyps angrenzend an dem einen oder den mehreren Säulengräben 198 und in der jeweiligen Mesa bereitgestellt werden. Zum Beispiel weist die dotierte Region 107 eine Dotandenkonzentration auf, die wesentlich höher ist als die Dotandenkonzentration der Driftregion, z. B. mindestens zehn Mal so hoch. Die dotierte Region 107 kann angrenzend an den einen oder die mehreren Säulengräben angeordnet werden. Z. B. ist die dotierte Region 107 nur lokal bereitgestellt, nämlich an Orten, an denen der eine oder die mehreren Säulengräben 198 positioniert sind. Zum Beispiel umgibt die dotierte Region 107 den einen oder die mehreren Säulengräben 198 vollständig horizontal, wie in 22B dargestellt, oder ist angrenzend an den einen oder die mehreren Säulengräben 198 nur an der Seite angeordnet, die auf den/die Quergrabenabschnitt(e) 187 weist, wie in 22A dargestellt. Z. B. weist die dotierte Region 107 eine gesamte Ausdehnung in der zweiten lateralen Richtung Y von nicht mehr als 1 µm auf. In der vertikalen Richtung Z kann die gesamte Ausdehnung der dotierten Region 107 zum Beispiel mit der Tiefe der Sourceregion 101 korrespondieren.
  • Jetzt Bezug nehmend auf die 23A-C, kann die Quergrabenanordnung 191 eine T-Verzweigung 197 mit einem anderen Graben bilden, z. B. mit dem Graben des ersten Typs 14 oder dem Graben des zweiten Typs 16. Wie in den anderen Zeichnungen gezeigt, können viele derartige T-Verzweigungen 197 entlang der lateralen Ausdehnung der Quergrabenanordnung 191 gebildet werden, vgl. zum Beispiel die 10-15.
  • Es versteht sich, dass die Quergrabenanordnung 191 einen oder mehrere der Gräben 14, 15, 16 unterbrechen kann oder mit einem oder mehreren der Gräben 14, 15, 16 aufeinandertreffen kann, z. B. ohne die Gräben zu unterbrechen. In jedem Fall können die T-Verzweigungen 197 gebildet werden.
  • Wie in 23A dargestellt, kann die T-Verzweigung 197 einen größeren horizontalen Querschnittbereich (lokaler größerer offener Bereich) aufzeigen, angegeben durch die Distanz x2, im Vergleich mit der Quergrabenanordnung 191 und dem kreuzenden Graben (der zum Beispiel ein Graben des ersten Typs 14 sein kann), angegeben durch die Distanz x1. Folglich kann, abhängig vom Prozessfluss, die Tiefe der T-Verzweigung 197 in der vertikalen Richtung Z größer sein als die Tiefe der Quergrabenanordnung 191 und des kreuzenden Grabens (der zum Beispiel ein Graben des ersten Typs 14 sein kann). Z. B. kann eine derartige Tiefenschwankung vorkommen, wenn ein Schritt des Ätzungsprozesses gemäß des in 23A dargestellten Layouts ausgeführt wird.
  • Zum Beispiel ist eine Tiefe der T-Verzweigung 197 (entlang der vertikalen Richtung) kleiner als 105 % der Tiefe des kreuzenden Grabens, wobei die Tiefe in der aktiven Region 1-2 vorhanden ist. Anders ausgedrückt, wird gewährleistet, z. B. mittels des einen oder der mehreren Grabenverjüngungsabschnitte 1971, dass eine an der T-Verzweigung 197 vorhandene lokale Schwankung der Grabentiefe, z. B. zwischen der Quergrabenanordnung 191 und dem kreuzenden Graben, weniger als 5 % beträgt.
  • In einer Ausführungsform umfasst die T-Verzweigung 197 einen oder mehrere Grabenverjüngungsabschnitte 1971. Der eine oder die mehreren Grabenverjüngungsabschnitte 1971 können konfiguriert sein, den horizontalen Querschnittbereich der T-Verzweigung 197 zu reduzieren.
  • Zum Beispiel kann, unter Bezugnahme auf 23B, der Grabenverjüngungsabschnitt 1971 an der Seitenwand 144; 164 des kreuzenden Grabens 14; 16 gebildet sein, z. B. an einem Anteil, der mit der Quergrabenanordnung 191 entlang der zweiten lateralen Richtung Y lateral überlappt. Z. B. zeigt die Grabenseitenwand 144; 164 in dem Anteil ein Stufenprofil auf, das zu der Quergrabenanordnung 191 zeigt. In einer anderen Ausführungsform (nicht dargestellt) kann der Grabenverjüngungsabschnitt 1971 eine wulstförmige Form aufzeigen, die zu der Quergrabenanordnung 191 weist.
  • In einer anderen Ausführungsform, wie in 23C gezeigt und die mit der Ausführungsform von 23B kombiniert werden kann, kann der Grabenverjüngungsabschnitte 1971 an einer oder beiden der Ecken der T-Verzweigung 197 gebildet werden. Z. B. können die Ecken gerundet oder mit einem Stufenprofil gebildet sein, um den horizontalen Querschnittbereich der T-Verzweigung 197 zu reduzieren.
  • Z. B. erstrecken sich die Grabenverjüngungsabschnitte 1971 (z. B. die in den 23B-C dargestellten Stufen) weg von der jeweiligen Seitenwand des kreuzenden Grabens 14; 16 (23B) und/oder der Quergrabenanordnung 191 (23C) um mindestens 20 nm, mindestens 100 nm oder mindestens 200 nm.
  • Wie aus der weiter unten beschriebenen 24 ersichtlicher werden wird, schließt der Begriff T-Verzweigung auch Varianten ein, in denen die Quergrabenanordnung 191 und der kreuzende Graben eine Y-förmige Verzweigung bilden. Z. B. sind in der in 24 dargestellten Ausführungsform links und rechts von dem mittleren Anteil, der die zwei Mesen des ersten Typs 17 enthält, jeweilige zwei Mesen des zweiten Typs 18 mittels der Entkopplungsstruktur 19, die die Quergrabenanordnungen 191 enthält, in die ersten Abschnitte 181 und zweiten Abschnitte 182 getrennt. Zum Beispiel grenzen drei Gräben des ersten, zweiten oder dritten Typs (als 14; 15; 16 bezeichnet) zwei Mesen des zweiten Typs 18 in der aktiven Region 1-2 lateral ein. In der Übergangsregion 1-23 verschmelzen bzw. treffen drei Gräben des ersten, zweiten oder dritten Typs (als 14; 15; 16 bezeichnet) mit der Quergrabenanordnung 191 aufeinander. Wie dargestellt, kreuzen zwei der drei Gräben des ersten, zweiten oder dritten Typs (als 14; 15; 16 bezeichnet) die Quergrabenanordnung in einer Y-förmigen Formation.
  • Ferner versteht es sich, dass die Mesen 17, 18 und die Gräben 14, 15, 16 sich nicht notwendigerweise in die Begrenzungsregion 1-3 erstrecken müssen; vielmehr kann die Begrenzungsregion 1-3 in einer im Vergleich zum Graben-Mesa-Muster, das in der aktiven Region 1-2 vorhanden ist, verschiedenen Weise strukturiert sein. Z. B. kann das Grabenmuster, wie in 24 ersichtlich, in der Begrenzungsregion 1-3 von dem Grabenmuster in der aktiven Region 1-2 verschieden sein. Zum Beispiel ist das Grabenmuster in der Übergangsregion 1-23, d. h. in der Region, in der die Entkopplungsstruktur (z. B. die Quergrabenanordnung(en) 191) angeordnet sein können, verändert.
  • Weiterhin Bezug nehmend auf 24, die einen Abschnitt einer horizontalen Projektion einer Ausführungsform der Leistungshalbleitervorrichtung 1 schematisch und beispielhaft darstellt, sind der erste Abschnitt 181 der Mesa des zweiten Typs 18, gebildet mindestens durch den Halbleiterkörper 10 in der aktiven Region 1-2, und der zweite Abschnitt 182 der Mesa des zweiten Typs 18, gebildet mindestens durch den Halbleiterkörper 10 in der Begrenzungsregion 1-3, voneinander entlang der ersten lateralen Richtung X lateral versetzt.
  • Zum Beispiel kann die Entkopplungsstruktur 19 (z. B. als Quergrabenanordnung 191 implementiert) in der Mesa des zweiten Typs 18 angeordnet sein und kann die Mesa des zweiten Typs 18 in Abschnitte 181 und 182 trennen, indem sie den/die ersten Abschnitt(e) 181 in der zweiten lateralen Richtung Y begrenzt, wie in 24 dargestellt. Zum Beispiel überlappt der erste Abschnitt 181 nicht lateral entlang der ersten lateralen Richtung X mit dem zweiten Abschnitt 182. Z. B. können der erste Abschnitt 181 und der zweite Abschnitt 182 um ungefähr (oder genau) eine Grabenbreite, z. B. um die Breite eines Sourcegrabens 16, entlang der ersten lateralen Richtung X lateral versetzt sein.
  • Schließlich das Verfahren 2 betrachtend, das in 18 schematisch und beispielhaft dargestellt ist, versteht es sich, dass das Verfahren 2 in verschiedenen Ausführungsformen implementiert sein kann, z. B. in Ausführungsformen korrespondierend mit den beispielhaften Ausführungsformen der Leistungshalbleitervorrichtung 1, die in Bezug auf die vorhergehenden Zeichnungen erläutert wurden. Insofern wird auf das Vorstehende Bezug genommen. Im Allgemeinen kann das Verfahren 2 einen ersten Schritt 21 umfassen, in dem eine Leistungshalbleitervorrichtung bereitgestellt wird, die umfasst: eine aktive Region, konfiguriert zum Leiten eines Laststroms; eine inaktive Begrenzungsregion, die die aktive Region umgibt; einen Halbleiterkörper, der einen Teil jeder der aktiven Region und der inaktiven Begrenzungsregion bildet; einen ersten Lastanschluss und einen zweiten Lastanschluss, wobei die aktive Region konfiguriert ist, den Laststrom zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss zu leiten; einen Steueranschluss, konfiguriert zum Empfangen eines Steuersignals zum Steuern des Laststroms; und mindestens eine Leistungszelle mit einer Vielzahl von Gräben, die sich in den Halbleiterkörper erstrecken und aneinander angrenzend entlang einer ersten lateralen Richtung angeordnet sind. Jeder der Vielzahl von Gräben enthält eine Grabenelektrode. Jeder der Gräben weist eine Streifenkonfiguration auf, die sich entlang einer zweiten lateralen Richtung in die aktive Region erstreckt. Die Vielzahl von Gräben jeder der mindestens einen Leistungszelle umfasst mindestens einen Graben des ersten Typs, dessen Grabenelektrode mit dem Steueranschluss elektrisch verbunden ist, und mindestens einen Graben des zweiten Typs, dessen Grabenelektrode entweder mit einem elektrischen Potenzial, das von dem elektrischen Potenzial des Steueranschlusses verschieden ist, elektrisch verbunden oder potentialfrei ist. Die Gräben grenzen die Vielzahl von Mesen räumlich ein. Die Vielzahl von Mesen umfasst mindestens eine Mesa des ersten Typs, die mit dem ersten Lastanschluss in der aktiven Region elektrisch verbunden ist und konfiguriert ist, mindestens einen Teil des Laststroms zu leiten, und mindestens eine Mesa des zweiten Typs, die konfiguriert ist, den Laststrom nicht zu leiten. Das Verfahren 2 kann ferner einen zweiten Schritt 22 umfassen, in dem eine Entkopplungsstruktur bereitgestellt wird, die in mindestens einer der mindestens einen Mesa des zweiten Typs angeordnet ist und die die mindestens eine Mesa des zweiten Typs in einen ersten Abschnitt, gebildet mindestens durch den Halbleiterkörper in der aktiven Region, und in einen zweiten Abschnitt, gebildet mindestens durch den Halbleiterkörper in der Begrenzungsregion, trennt.
  • Vorstehend wurden Ausführungsformen, die Leistungshalbleitervorrichtungen und korrespondierende Verarbeitungsverfahren betreffen, erläutert. Zum Beispiel basieren diese Halbleitervorrichtungen auf Silicium (Si). Dementsprechend kann eine monokristalline Halbleiterregion oder -schicht, z. B. der Halbleiterkörper 10 und seine Regionen/Zonen, z. B. die Regionen 100, 101, 102, 109, 108, 181, 182, 171, 172 usw., eine monokristalline Si-Region oder Si-Schicht sein. In anderen Ausführungsformen kann polykristallines oder amorphes Silicium genutzt werden.
  • Es versteht sich jedoch, dass der Halbleiterkörper 10 und seine Regionen/Zonen aus jedem Halbleitermaterial hergestellt werden können, das zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung geeignet ist. Beispiele derartiger Materialien enthalten, ohne darauf begrenzt zu sein, elementare Halbleitermaterialien wie Silicium (Si) oder Germanium (Ge), Halbleitermaterialien der Verbindungen der Gruppe IV wie Siliciumcarbid (SiC) oder Siliciumgermanium (SiGe), binäre, ternäre oder quaternäre III-V-Halbleitermaterialien wie Galliumnitrid (GaN), Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP), Indiumgalliumphosphid (InGaPa), Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), Aluminiumindiumnitrid (AlInN), Indiumgalliumnitrid (InGaN), Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGaInN) oder Indiumgalliumarsenidphosphid (InGaAsP) und binäre oder ternäre II-VI-Halbleitermaterialien wie Cadmiumtellurid (CdTe) und Quecksilbercadmiumtellurid (HgCdTe), um einige zu nennen. Die vorstehend erwähnten Halbleitermaterialien werden auch als „Homoübergang-Halbleitermaterialien“ bezeichnet. Wenn zwei verschiedene Halbleitermaterialien kombiniert werden, wird ein Heteroübergang-Halbleitermaterial gebildet. Beispiele von Heteroübergang-Halbleitermaterialien enthalten, ohne darauf begrenzt zu sein, Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGaInN), Indiumgalliumnitrid (InGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGaInN), Indiumgalliumnitrid (InGaN)-Galliumnitrid (GaN), Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN)-Galliumnitrid (GaN), Indiumgalliumnitrid (InGaN)-Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), Silicium-Siliciumcarbid (SixC1-x) und Silicium-SiGe-Heteroübergang-Halbleitermaterialien. Für die Anwendung von Leistungshalbleitervorrichtungen werden gegenwärtig hauptsächlich Si-, SiC-, GaAs- und GaN-Materialien verwendet.
  • Räumlich relative Begriffe wie „unter“, „unterhalb“, „niedriger“, „über“, „oberer“ und dergleichen werden zur einfacheren Beschreibung verwendet, um die Positionierung eines Elements relativ zu einem zweiten Element zu erläutern. Diese Begriffe sollen verschiedene Ausrichtungen der jeweiligen Vorrichtung zusätzlich zu verschiedenen Ausrichtungen als den in den Figuren dargestellten einschließen. Ferner werden Begriffe wie „erster“, „zweiter“ und dergleichen ebenfalls verwendet, um verschiedene Elemente, Regionen, Abschnitte usw. zu beschreiben, und sollen ebenfalls nicht einschränken. Gleiche Begriffe beziehen sich in der gesamten Beschreibung auf gleiche Elemente.
  • Die Begriffe „aufweisen“, „einschließen“, „enthalten“, „umfassen“, „aufzeigen“ und dergleichen, wie hierin verwendet, sind offene Begriffe, die das Vorhandensein der angegebenen Elemente oder Merkmale angeben, aber keine zusätzlichen Elemente oder Merkmale ausschließen.
  • Eingedenk des vorstehenden Bereichs von Abwandlungen und Anwendungen versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung durch die vorstehende Beschreibung nicht eingeschränkt wird, noch wird sie durch die beigefügten Zeichnungen eingeschränkt. Stattdessen wird die vorliegende Erfindung nur durch die nachstehenden Patentansprüche und ihre rechtlichen Äquivalente begrenzt.

Claims (29)

  1. Leistungshalbleitervorrichtung (1), umfassend - eine aktive Region (1-2), konfiguriert zum Leiten eines Laststroms; - eine inaktive Begrenzungsregion (1-3), die die aktive Region (1-2) umgibt: - einen Halbleiterkörper (10), der einen Teil jeder der aktiven Region (1-2) und der inaktiven Begrenzungsregion (1-3) bildet; - einen ersten Lastanschluss (11) und einen zweiten Lastanschluss (12), wobei die aktive Region (1-2) konfiguriert ist, den Laststrom zwischen dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12) zu leiten; - einen Steueranschluss (13), konfiguriert zum Empfangen eines Steuersignals zum Steuern des Laststroms; - mindestens eine Leistungszelle (1-1) mit einer Vielzahl von Gräben (14, 15, 16), die sich in den Halbleiterkörper (10) erstrecken und aneinander angrenzend entlang einer ersten lateralen Richtung (X) angeordnet sind, wobei - jeder der Vielzahl von Gräben (14, 15, 16) eine Grabenelektrode (141, 151, 161) enthältund wobei jeder der Gräben (14, 15, 16) eine Streifenkonfiguration aufweist, die sich entlang einer zweiten lateralen Richtung (Y) in die aktive Region (1-2) erstreckt, wobei die Vielzahl von Gräben (14, 15, 16) jeder der mindestens einen Leistungszelle (1-1) mindestens einen Graben des ersten Typs (14) umfasst, dessen Grabenelektrode (141) mit dem Steueranschluss (13) elektrisch verbunden ist, und mindestens einen Graben des zweiten Typs (15; 16), dessen Grabenelektrode (151; 161) entweder mit einem elektrischen Potenzial, das von dem elektrischen Potenzial des Steueranschlusses (13) verschieden ist, elektrisch verbunden oder potentialfrei ist, und wobei - die Gräben (14, 15, 16) räumlich eine Vielzahl von Mesen (17, 18) eingrenzen, die Vielzahl von Mesen (17, 18) umfassend mindestens eine Mesa des ersten Typs (17), die mit dem ersten Lastanschluss (11) in der aktiven Region (1-2) elektrisch verbunden und konfiguriert ist, mindestens einen Teil des Laststroms zu leiten, und mindestens eine Mesa des zweiten Typs (18), die konfiguriert ist, den Laststrom nicht zu leiten; - eine Entkopplungsstruktur (19), die in mindestens einer der mindestens einen Mesa des zweiten Typs (18) angeordnet ist und die mindestens eine Mesa des zweiten Typs (18) in einen ersten Abschnitt (181), der mindestens durch den Halbleiterkörper (10) in der aktiven Region (1-2) gebildet wird, und einen zweiten Abschnitt (182), der mindestens durch den Halbleiterkörper (10) in der Begrenzungsregion (1-3) gebildet wird, trennt.
  2. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Entkopplungsstruktur (19) eine elektrische Isolierung in einem vertikalen Querschnitt der mindestens einen Mesa des zweiten Typs (18) bereitstellt.
  3. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Entkopplungsstruktur (19) einen Isolator (1912) umfasst, der einen vertikalen Querschnitt der mindestens einen Mesa des zweiten Typs (18) füllt.
  4. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Entkopplungsstruktur (19) sich entlang einer vertikalen Richtung (Z) mindestens so weit wie jeder der zwei Gräben (14), die die mindestens eine Mesa des zweiten Typs (18) lateral eingrenzen, erstreckt.
  5. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Entkopplungsstruktur (19) eine gesamte Ausdehnung in der zweiten lateralen Richtung (Y) von weniger als 5 % der gesamten Ausdehnung der mindestens einen Mesa des zweiten Typs (18) in der zweiten lateralen Richtung (Y) aufweist.
  6. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Entkopplungsstruktur (19) konfiguriert ist, den ersten Abschnitt (181) von dem zweiten Abschnitt (182) elektrisch zu entkoppeln.
  7. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Entkopplungsstruktur (19) ferner konfiguriert ist, die Mesa des zweiten Typs (18) von der Mesa des ersten Typs (17) elektrisch zu entkoppeln.
  8. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Entkopplungsstruktur (19) einen auf den vertikalen Querschnitt bezogenen ohmschen Widerstand aufzeigt, der mindestens zehn Mal so groß wie ein auf den vertikalen Querschnitt bezogener ohmscher Widerstand des ersten Abschnitts (181) ist.
  9. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Entkopplungsstruktur (19) einen jeweiligen Zwischenraumgrabenabschnitt (148, 168) der zwei Gräben (14, 16) enthält, die die mindestens eine Mesa des zweiten Typs (18) lateral eingrenzen.
  10. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Entkopplungsstruktur (19) eine Quergrabenanordnung (191) umfasst, die sich durch die mindestens eine Mesa (18) entlang der ersten lateralen Richtung (X) zwischen mindestens zwei der Vielzahl von Gräben (14, 15, 16) erstreckt.
  11. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 10, wobei die Quergrabenanordnung (191) sich durch jede der Vielzahl von Mesen (17, 18) der mindestens einen Leistungszelle (1-1) erstreckt.
  12. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Quergrabenanordnung (191) mindestens ein erstes Quergrabensegment (191-1) und mindestens ein zweites Quergrabensegment (191-2) umfasst, wobei das mindestens eine zweite Quergrabensegment (191-2) von dem ersten Quergrabensegment (191-1) entlang jeder der ersten lateralen Richtung (X) und der zweiten lateralen Richtung (Y) lateral verlagert ist.
  13. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 10 bis 12, wobei die Quergrabenanordnung (191) eine T-Verzweigung (197) mit einem Kreuzungsgraben bildet, wobei der Kreuzungsgraben der Graben des ersten Typs (14) oder der Graben des zweiten Typs (16) ist und wobei die T-Verzweigung (197) einen oder mehrere Grabenverjüngungsabschnitte (1971) umfasst.
  14. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 13, wobei eine Tiefe der T-Verzweigung (197) kleiner als 105 % der Tiefe des Kreuzungsgrabens (14; 16) ist, wobei die Tiefe in der aktiven Region (1-2) vorhanden ist.
  15. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 10 bis 14, wobei die Quergrabenanordnung (191) eine Quergrabenelektrode (1911) enthält, die mit mindestens einer der Grabenelektroden (141) elektrisch verbunden ist.
  16. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 15, wobei die Vielzahl von Gräben (14, 15, 16) der mindestens einen Leistungszelle (1-1) mindestens zwei Gräben (14) des ersten Typs umfasst und wobei die Quergrabenelektrode (1911) mit jeder der Grabenelektroden des ersten Typs (141) elektrisch verbunden ist.
  17. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in der aktiven Region (1-2) ein erster Übergang (185) zwischen dem ersten Lastanschluss (11) und dem ersten Abschnitt (181) der mindestens einen Mesa (18) eine elektrische Isolierung mindestens für Ladungsträger eines Leitungstyps bereitstellt und wobei in der Begrenzungsregion (1-3) der zweite Abschnitt (182) der mindestens einen Mesa (18) mit dem ersten Lastanschluss (11) elektrisch verbunden ist.
  18. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Entkopplungsstruktur (19) den mindestens einen Graben des zweiten Typs (15, 16) unterbricht.
  19. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Graben des zweiten Typs ein Sourcegraben (16) ist, dessen Grabenelektrode (161) mit dem ersten Lastanschluss (11) in der aktiven Region (1-2) elektrisch verbunden ist.
  20. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Leistungshalbleitervorrichtung (1) ein IGBT ist, der eine Mikromustergrabenstruktur aufweist.
  21. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Unterbrechungsstruktur (20), angeordnet in der aktiven Region (1-2) und den ersten Abschnitt (181) der mindestens einen Mesa (18) entlang der zweiten lateralen Richtung (Y) in mindestens einen ersten Teilabschnitt (1811) und in mindestens einen zweiten Teilabschnitt (1812) trennend.
  22. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Entkopplungsstruktur (19) von dem Halbleiterkörper (10) verschieden ist.
  23. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Abschnitt (181) der Mesa des zweiten Typs (18), gebildet mindestens durch den Halbleiterkörper (10) in der aktiven Region (1-2), und der zweite Abschnitt (182) der Mesa des zweiten Typs (18), gebildet mindestens durch den Halbleiterkörper (10) in der Begrenzungsregion (1-3), voneinander entlang der ersten lateralen Richtung (X) lateral verlagert sind.
  24. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Mesa des ersten Typs (17) entlang der ersten lateralen Richtung (X) in einen aktiven Mesaanteil und einen inaktiven Mesaanteil getrennt ist.
  25. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 24, wobei der aktive Mesaanteil angrenzend an den Graben des ersten Typs (14) angeordnet ist und wobei der inaktive Mesaanteil angrenzend an den Graben des zweiten Typs (16) angeordnet ist.
  26. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei jede Leistungszelle (1-1) mindestens zwei Gräben des ersten Typs (14) umfasst, von denen einer als ein Steuergraben zum Steuern des Laststroms implementiert ist und der andere als Blindgraben implementiert ist.
  27. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl von Gräben (14, 15, 16) in einem horizontalen Querschnitt mit mindestens 30 % der aktiven Region (1-2) lateral überlappt.
  28. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend eine dotierte Halbleiterregion (108), angeordnet in der inaktiven Begrenzungsregion (1-3) und die aktive Region (1-2) umgebend, wobei die Entkopplungsstruktur (19) von der dotierten Halbleiterregion (108) um mindestens 200 nm hin zu der aktiven Region (1-2) lateral verlagert angeordnet ist, wobei die dotierte Halbleiterregion (108) mit dem ersten Lastanschluss (11) elektrisch verbunden ist.
  29. Verfahren (2), umfassend Bereitstellen (21) einer Leistungshalbleitervorrichtung (1), die umfasst: - eine aktive Region (1-2), konfiguriert zum Leiten eines Laststroms; - eine inaktive Begrenzungsregion (1-3), die die aktive Region (1-2) umgibt: - einen Halbleiterkörper (10), der einen Teil jeder der aktiven Region (1-2) und der inaktiven Begrenzungsregion (1-3) bildet; - einen ersten Lastanschluss (11) und einen zweiten Lastanschluss (12), wobei die aktive Region (1-2) konfiguriert ist, den Laststrom zwischen dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12) zu leiten; - einen Steueranschluss (13), konfiguriert zum Empfangen eines Steuersignals zum Steuern des Laststroms; - mindestens eine Leistungszelle (1-1) mit einer Vielzahl von Gräben (14, 15, 16), die sich in den Halbleiterkörper (10) erstrecken und aneinander angrenzend entlang einer ersten lateralen Richtung (X) angeordnet sind, wobei - jeder der Vielzahl von Gräben (14, 15, 16) eine Grabenelektrode (141, 151, 161) enthält und jeder der Gräben (14, 15, 16) eine Streifenkonfiguration aufweist, die sich entlang einer zweiten lateralen Richtung (Y) in die aktive Region (1-2) erstreckt, wobei die Vielzahl von Gräben (14, 15, 16) jeder der mindestens einen Leistungszelle (1-1) mindestens einen Graben des ersten Typs (14) umfasst, dessen Grabenelektrode (141) mit dem Steueranschluss (13) elektrisch verbunden ist, und mindestens einen Graben des zweiten Typs (15; 16), dessen Grabenelektrode (151; 161) entweder mit einem elektrischen Potenzial, das von dem elektrischen Potenzial des Steueranschlusses (13) verschieden ist, elektrisch verbunden oder potentialfrei ist, und wobei - die Gräben (14, 15, 16) räumlich eine Vielzahl von Mesen (17, 18) eingrenzen, die Vielzahl von Mesen (17, 18) umfassend mindestens eine Mesa des ersten Typs (17), die mit dem ersten Lastanschluss (11) in der aktiven Region (1-2) elektrisch verbunden und konfiguriert ist, mindestens einen Teil des Laststroms zu leiten, und mindestens eine Mesa des zweiten Typs (18), die konfiguriert ist, den Laststrom nicht zu leiten; und wobei das Verfahren (2) ferner umfasst, eine Entkopplungsstruktur (19) bereitzustellen (22), die in mindestens einer der mindestens einen Mesa des zweiten Typs (18) angeordnet ist und die die mindestens eine Mesa des zweiten Typs (18) in einen ersten Abschnitt (181), der mindestens durch den Halbleiterkörper (10) in der aktiven Region (1-2) gebildet wird, und einen zweiten Abschnitt (182), der mindestens durch den Halbleiterkörper (10) in der Begrenzungsregion (1-3) gebildet wird, trennt.
DE102018112344.2A 2017-05-29 2018-05-23 Leistungshalbleitervorrichtung mit dV/dt-Steuerbarkeit und Quergrabenanordnung Pending DE102018112344A1 (de)

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